Устройство ударно канатной установки. Ударно канатный способ бурения скважин. Порядок выполнения работ

Устройство водозаборной скважины сопряжено с применением различных методов бурения. Рыхлые и насыщенные водой грунты извлекают с помощью желонки. Для проходки по глинистым и скальным породам используют способы бурения скважин, основанные на вращательном и вибрационном принципе.

В работе задействованы механизмы, позволяющие производить разработку грунтов различных типов и на разную глубину. Мы расскажем, как подобрать оптимальную технологию бурения, позволяющую быстро и безупречно пройти выработку для устройства водозабора.

Для наглядного представления предложенной нами информации текст дополнен полезными схемами, фото-подборками, видео-руководствами.

Ранее бурение водоносных скважин для личного пользования осуществлялось в основном . Это было трудоёмкий и длительный процесс, поэтому не каждый владелец участка или дачи мог похвастаться наличием собственного источника водоснабжения.

Постепенно механизированное бурение вытеснило ручные методы благодаря значительному облегчению и ускорению процесса.

Сегодня практически все водоносные скважины бурятся механизированным способом, который основан на разрушении грунта, подаче его на поверхность одним из двух способов: сухим, когда отработанный грунт убирается из скважины при помощи механизмов и гидравлическим, когда он вымывается водой, поданной под напором или самотёком.

Различают три основных способа механического бурения:

• Вращательный (грунт разрабатывается вращением).
• Ударный (бурснаряд разрушает грунт ударами).
• Вибрационный (грунт разрабатывается высокочастотными колебаниями).

Вращательный способ считается самым высокопроизводительным, в 3-5 раз превышающий по эффективности ударный и в 5-10 вибрационный. Кроме этого вращательный способ самый недорогой и доступный, его нередко применяют в качестве основного метода ручного бурения.

Механические вращательные способы бурения скважин на воду пришли на смену малоэффективным ручным методам

В свою очередь вращательный способ бурения, широко применяемый для сооружения скважин на воду, подразделяется на четыре основных вида бурения:

• колонковое;
• шнековое;
• ударно-канатное;
• роторное.

Каждый вид вращательного бурения имеет свои особенности и выполняется специально предназначенным для этого оборудованием. Рассмотрим эти виды бурения более подробно, определим, в чём их различия и какой метод необходимо применять в каждом конкретном случае.

Специфика колонкового бурения

Колонковое бурение – механический вращательный метод, при осуществлении которого глинистый или плотный песчаный грунт извлекается в виде керна цилиндрической формы. Буровой снаряд для колонкового бурения представляет собой толстостенную металлическую трубу.

Вверху колонкового бурового снаряда расположено приспособление для присоединения штанг, необходимых для наращивания буровой колонны. Внизу – коронка, вид которой подбирается в зависимости от категории подлежащего бурению грунта.

Галерея изображений

При проходке колонковым методом грунт разрушается кольцеобразной коронкой. Внутренняя часть керна при этом сохраняется в не разрушенном виде. Для облегчения процесса бурения по твердым и полутвердым суглинкам, глинам, скальным породам на забой подается промывочная жидкость.

При колонковом бурении грунт не разрушается, а “высверливается” коронкой и захватывается колонковой трубой. На поверхность разбуренная порода извлекается в виде керна – монолитного цилиндрического столба горной породы

Шлам с забоя иногда удаляют промывкой – нагнетанием в ствол выработки большого количества воды. Чаще всего промывку заменяют продувкой сжатым воздухом, поставляемым компрессором внутрь трубы. Данный тип бурения позволяет бурить скважины глубиной до 1000 метров и диаметром от 8 до 20 см.

Механическое колонковое бурение производится буровыми установками типа ЗИФ, УГБ, УКБ, монтированных на автомобили типа КАМАЗ, КРаЗ, трелевочные тракторы и т.д. В варианте для колонковую трубу укорачивают, называют колоколом или стаканом. С последним, перевернутым вверх дном предметом обихода, конструктивно схожа колонковая труба.

Бурение колонковым способом используется в следующих случаях:

• геологоразведка полезных ископаемых;
• бурение разведочных скважин;
• устройство водоносных скважин любой глубины, в том числе безфильтровых скважин в скальных породах.

Его сейчас активно применяют для устройства абиссинских колодцев, чтобы не забивать полностью скважину-иглу в плотный грунт, а слегка облегчить процесс погружения ствола в заранее разрушенную породу.

Метод подходит для разработки водоносных скважин глубиной до 30 м на мягких и рыхлых грунтах и до 20 м на средне-плотных. После проходки шнеком и установки обсадки, ствол скважины обязательно очищается желонкой от неизвлеченной породы.

Шнек категорически не подходит для работы в скальных породах! Его используют для частичной проходки скважин до 120 м, при этом данный метод комбинируется с другими: роторным, ударно-канатным, колонковым.

Галерея изображений

Задействованное оборудование и инструменты

Шнековое бурение производится буровой установкой, главным элементом которой является бурильный инструмент винтового типа, выполненный из высокопрочного металла. Буровую колонну по мере заглубления наращивают шнеками равного размера.

В комплекте иногда применяются лопастные долота, необходимые для прохождения рыхлых пород, а также долота с круглыми или конусообразными головками, используемые для разработки твёрдых пород.

Буровая установка на базе автомобиля, оснащённого мощным двигателем – оптимальный вариант для бурения в труднодоступных и отдалённых местах

Большинство современных бурильных установок оборудованы полыми снарядами, оснащёнными реверсивными замками, которые не допускают движение инструмента в обратную сторону.

Режущие части шнека в процессе бурения охлаждаются за счёт разрабатываемого грунта, а разработанная порода поднимается вверх по спиралям. Это позволяет проводить бурения без остановок, значительно уменьшая временные и энергетические затраты на создание водоносной скважины.

После выполнения проходки, глубина которой составляет 1,5 – 2,0 м, шнек извлекается, и в скважину устанавливаются . Диаметр водозаборной скважины, пробуренной при помощи шнека, составляет 50 – 200 мм и зависит от размера используемого инструмента.

Обрушение стенок скважины предотвращают обсадные трубы. Особенно это важно для рыхлых несвязных грунтов, поэтому у бурильщиков существует правило: использовать при проходке супесей и суглинков шнеки с расположением лопастей под углом 30 – 60º, а при бурении песков плотного сложения инструмент с лопастями под углом 90º.

При меньшем наклоне витков шнековой спирали больше несвязного отвала выносит на поверхность шнек.

Шнековое бурение не требует использования промывочной жидкости, разработанная при помощи долота порода выносится на поверхность на лопастях инструмента

Плюсы и минусы применения шнека

Шнековый метод бурения позволяет произвести устройство скважины максимально быстро, при условии, что размер шнека и угол наклона долота были подобраны правильно.

К достоинствам шнекового бурения относят:

• грунт поднимается на поверхность сразу в процессе бурения;
• высокая скорость углубления в грунт без технологических остановок;
• нет необходимости делать промывку ствола скважины;
• компактной шнековой установкой или ручным шнеком можно бурить внутри дома (в подвале);
• нет необходимости поднимать на поверхность первое звено и разбирать/собирать буровую колонну как при колонковом методе.

Главным недостатком шнекового бурения можно считать невозможность работы на сыпучих и очень твёрдых грунтах, но в то же время шнек – идеальный инструмент для бурения в суглинистых, смешанных (глина и супесь) и мягких глинистых грунтах.

Ещё один недостаток, ограничивающий применение шнека для устройства водоносных скважин – необходимость применять ударно-канатный способ для очистки ствола от отваленной породы.

Своеобразие роторной технологии

Роторное бурение скважин на воду осуществляется в три этапа:

1. Разрушение породы при помощи долота.
2. Вынос разрушенной породы на поверхность потоком нагнетаемой воды.
3. Укрепление стенок скважины обсадными трубами.

Вынос разрушенного грунта производится путём обратной или прямой промывки. Выбор способа промывки зависит от конкретных условий: глубины скважины, типа грунтов, наличия необходимого объёма промывочной воды.

Как правило, в частных хозяйствах используется технология бурения с прямой промывкой, которая включает в себя следующие этапы:

• заглубление в грунт долота большого диаметра;
• вращение долота под воздействием ротора;
• установка бурильных труб и монтаж утяжелённых труб между ними и долотом;
• удаление отработанного грунта напором жидкости при помощи насоса;
• монтаж обсадной трубы, чтобы предотвратить обсыпание грунта внутри скважины;
• бурение долотом меньшего диаметра и повторение всего цикла.

При обратной промывке грунт выносится из скважины по трубам бурильной колонны, а промывочная жидкость заливается между стенками скважины и трубами.

Вода самотёком поступает в предварительно подготовленный резервуар, где происходит её очистка от грунта и шлама, и возвращается в бурильную колонну за новой порцией отработанной породы.

В некоторых случаях при осуществлении роторного бурения применяют не прямую или обратную промывку, а продувку воздухом под давлением, созданным при помощи компрессора

Достоинства и недостатки роторного бурения

Главным достоинством роторного способа является возможность бурить глубокие скважины с забором воды в трещиноватом известняке.

Кроме этого данный метод бурения имеет следующие преимущества:

• высокое качество вскрытия водоноса в коренных скальных породах;
• возможность устройства скважины большого диаметра до 200 см;
• высокая скорость бурения, небольшие затраты энергоресурсов.

Существенным недостатком роторного бурения можно назвать необходимость организации промывки скважины.

Какой способ бурения выбрать?

Все рассмотренные способы механического бурения широко применяются для устройства водоносных скважин.

Подводя итоги, можно сказать, что:

1. Колонковое бурение целесообразно использовать для проходки в пластичных глинистых грунтах. Колонковый способ подходит для устройства большинства водозаборных выработок, при необходимости используется в паре с ударно-канатным.
2. Шнековое бурение по сфере применения схоже с колонковым методом. От него отличается некачественной очисткой ствола, требует обязательного использования желонки или долгосрочной промывки скважины перед эксплуатацией.
3. Роторное бурение – оптимальный вариант для пробивки стволов скважин в скальных грунтах.

Стоимость разработки скважины с использованием того или иного метода бурения во многом зависит от того, какое оборудование применяется, а также от категорий пройденных пород по буримости.

Правильно выбранный способ бурения скважины поможет не только снизить временные затраты на бурение, но и позволит в будущем эксплуатировать водоисточник без проблем

О том, как сделать буровой станок своими руками, вы сможете прочитать в другой нашего сайта.

Бурение водоносной скважины – трудоёмкий процесс. От правильности выбранного метода бурения зависит не только скорость устройства автономного источника воды, но и финансовые затраты.

Первое, на что стоит обратить внимание при выборе метода бурения, это тип грунта и глубина залегания водоносного слоя. Исходя из этих параметров, вы сможете выбрать оптимальный вариант, который позволит вам пробурить скважину быстро и недорого.

Для более комфортного проживания в загородном доме требуется обустройство канализации и подачи воды. Сложно себе представить жилье без подобных коммуникация. Ведь вода требуется не только для приготовления пищи, но и для полива культурных растений. Ее отсутствие значительно усложняет жизнь.

Ударно-канатное позволяет решить подобные проблемы. При помощи такого метода можно без особых усилий добыть воду. Стоит отметить, что подобные работы можно провести самостоятельно. Главное, знать, как правильно бурить скважину и что для этого требуется.

Основные типы скважин

При желании можно провести ударно-канатное бурение своими руками. Фото готовой конструкции представлено ниже. Перед началом работ стоит определиться с типом скважины. Их существует несколько:

1. Трубчатый колодец. Его глубина составляет от 8 до 12 метров. Верховодка, пыль, грязь, а также чужеродные элементы в данном случае не попадает в воду, предназначенную для питья.
2. Скважина в песчаном грунте обычно делают глубиной 15-30 метров. При этом применяют шнековый метод. Устройство для скважины представляет собой металлический рукав, на конце которого имеется участок с перфорацией. Монтируется фильтр в песке крупной фракции с примесями гальки. В целом сооружение способно прослужить около 5 лет при редком использовании, а при частом - до 15. Промывку конструкции осуществляют после заиливания. Если это не дает результатов, то рядом бурят новую скважину.
3. Артезианская. Глубина данной скважины составляет 15-200 метров. Этот показатель зависит от глубины залегания слоев известняка. Эксплуатационный срок равен 50 годам.

Технология бурения

На данный момент существует несколько технологий:

1. Бурение ударно-канатное.
2. Роторное.
3. Шнековое.

Технологии отличаются между собой способом разрушения определенных пород, а также способами извлечения из ствола сооружения почвы. Каждый метод подразумевает применение специального оборудования, которое по-разному влияет на качество проводимых работ. Именно от этого зависит стоимость бурения скважины.

Бурение ударно-канатное

Этот метод является самым простым и относительно недорогим. Особенность технологии заключается в отсутствии необходимости применения тяжелой техники. Установку для бурения скважины можно монтировать самостоятельно. Это отнимает немного времени и сил. Ударно-канатное бурение своими руками - это самый популярный метод, позволяющий вскрывать прямо с поверхности водоносные пласты.

Основные преимущества подобного метода:

1. Большой срок эксплуатации.
2. Позволяет контролировать водоносность горизонта, а также уровень воды.
3. Можно пробить скважину большого диаметра.
4. Исключает риск попадания в воду, предназначенную для питья, вредных примесей в процессе бурения.
5. Эффективность и экономичность при проведении работ в зимний период.

Что потребуется

Для бурения скважины ударно-канатным способом необходимо приобрести специальные приспособления. Как правило, для этого требуется:

1. Блок и лебедка.
2. Трос.
3. Станок для забивания.
4. Установочный каркас.
5. Штанга.

Основной элемент конструкции - это забивной стакан. Помимо этого, требуется отрезок трубы, изготовленной из стали. Он должен быть скошен вовнутрь. Отрезок должен иметь в самом низу режущую прочную кромку. Поверх забивного стакана устанавливается наковальня. Именно по ней при помощи штанги наносятся удары. Лебедка позволяет опускать и поднимать забивной стакан.

Как действует установка

Как осуществляется ударно-канатное бурение? Станки для этого можно изготовить самостоятельно. Главное, представлять себе, как это работает. Действие установки сводится к следующему:

1. Благодаря силе трения, в забивной стакан попадает порода и удерживается в нем.
2. Чтобы проникнуть вглубь почвы, используется штанга, которая бросается на наковальню.
3. Когда забивной стакан наполняется грунтом, он поднимается вверх, а затем очищается.
4. данные действия следует совершать до тех пор, пока не будет достигнута необходимая глубина.

Бурение ударно-канатное лучше применять в тех местах, где грунт несыпучий, глинистый и мягкий.

Как пробить скважину на сыпучем грунте

Если на участке имеется сыпучий грунт, то будет сложнее. Для этого потребуется желонка. Эта деталь представляет собой трубу, изготовленную из стали и имеющую внизу задерживающий клапан.

Это позволяет значительно упростить процесс. При опускании элемента в грунт происходит открытие клапана. В результате этого в трубу попадает почва. При подъеме клапан закрывается. После изъятия желонка очищается. После этого процедура повторяется.

Чтобы грунт в процессе бурения не осыпался, можно применять Они забиваются в почву при каждом углублении. На первом этапе данный элемент должен иметь расширительный башмак, обладающий конусовидной формой. Чтобы станок без затруднений перемещался, его диаметр должен быть меньше размеров обсадной трубы. Только в этом случае можно углубиться в почву до необходимого уровня. Ударно-канатное бурение с обсадной трубой применяется не только на сыпучем грунте.

Как пробить скважину в твердой каменистой почве

На твердом каменистом грунте пробивание скважин осуществляется с применением долота. Под его ударами осуществляется разрушение пород. Затем она извлекается при помощи желонки. Для монтажа обсадных труб необходимо использовать расширитель. Благодаря ему, обеспечивается нужный диаметр для прохождения конструкции.

Забивка элементов осуществляется в те слои грунта, которые располагаются ниже уровня залегания водоносных пластов. После этого требуется откачка скопившейся жидкости, а также очищение от грунта и смеси вод дна скважины. Осуществляется это при помощи желонки.

Бурение ударно-канатное - это несложный процесс. При соблюдении определенных правил можно получить скважину с чистой водой. Главное, придерживаться рекомендаций специалистов:

Особенности монтажа обсадных элементов

Для уже готовой скважины обычно монтируется дополнительная обсадка. Она может быть цельной и выполненной из а также отдельных ее отрезков.

Процесс работы с подобным материалом требует осторожности и повышенного внимания. В противном случае конструкция не будет свободна погружаться. Все звенья трубы должны надежно крепиться и удерживать от сползания. Для их фиксации стоит использовать скобы. Данные фрагменты в дальнейшем закрываются полосками листами нержавеющей стали.

Издавна люди добывали воду для своих нужд с помощью обустройства скважин, используя буровой метод. Для значительной части населения, проживающей в условиях отсутствия центрального водоснабжения, классические, проверенные веками технологии вскрытия водоносных пластов вручную остаются актуальными и на сегодняшний день.

Так, простейший ударно канатный способ бурения, которым пользовались еще древние китайцы времен Конфуция, благодаря своей доступности, до сей поры остается одним из самых популярных и применяется повсеместно.

Особенности бурения

Ловитель для канатного замка: 1 - корпус, 2 - траверса, 3 - штифт, 4 - зуб, 5 - скоба, 6 - канатный замок.

Ударно канатный способ добычи воды заключается в разбивании грунта вплоть до достижения водоносного шара, извлечении его на поверхность и формировании узкого колодца-скважины со стенками из обсадных труб. Такой способ бурения можно применять на любых типах почвы.

Пробивают породу тяжелым инструментом, который сначала падает с высоты вышки примитивной буровой установки и захватывает буровой отвал, а затем поднимается на канате и очищается. Такие действия проводятся многократно с целью получения строго вертикальной скважины, наполняемой из водоносного горизонта.

В качестве ударного орудия используются:

• на несыпучих, неплотных, глинистых почвах – забивной стакан из отрезка стальной трубы с режущей кромкой и скосом внутрь на нижней части;
• на сыпучих, песчаных почвах – желонка из фрагмента стальной трубы, на конце которой устанавливают задерживающий клапан;
• на скальных, твердых породах – долото буровое.

Расширитель скважины: 1 - верхний фланец, 2 - корпус, 3 - ось, 4 - резец, 5 - год;(лгд-ка, 6 - пружина, 7 - нижний фланец.

Достоинствами ударно канатного бурения являются:

1. Возможность выполнения работ самостоятельно с привлечением 1-2-х помощников.
2. Не требуется использование тяжелой техники.
3. Монтаж ручной буровой установки прост и недолог.
4. Компактность установки позволяет проводить работы на ранее облагороженных участках без риска их разрушений.
5. Отсутствие загрязнения воды примесями во время процесса бурения.
6. Гарантированно большой срок эксплуатации скважины.
7. При проведении операции бурения не используется буровой раствор или вода.

Среди недостатков ударно канатного бурения можно отметить трудоемкость процесса и медленную скорость выдалбливания пород, так как по технологии ударный снаряд должен каждый раз освобождаться от набившегося в него грунта после прохождения им 50 см почвы.

Процесс обустройства скважины

Для извлечения грунта до достижения подошвы водоносного слоя применяется ручная разборная буровая установка в виде треноги. Ее можно взять в аренду, или сделать самостоятельно. Самодельную конструкцию нужно укомплектовать следующими элементами:

• забивной снаряд длиной от 2 м как основной элемент конструкции для ударно-канатного бурения;
• канат, крепящийся к верхней части снаряда. Для прочности лучше использовать стальной трос с диаметром 10-12мм;
• лебедка и блок для прохождения каната;
• ударная штанга;
• каркас из стальных труб высотой, превышающий длину забивного снаряда на 1,5 м.

В качестве бурового стакана можно приспособить стальную трубу, на конце которой сделать режущую кромку в виде половинки витка шнека. А на 50 см выше режущего края высверлить отверстие для очищения трубы от поднятого из скважины грунта.

Бурение ударно-канатным способом осуществляется попеременным опусканием и поднятием забивного снаряда с использованием лебедки.

Канатный замок: 1 - корпус, 2 - шайба, 3 - втулка, 4 - отверстие для выхода воды.

Для достижения максимально возможной глубины при ударе служит штанга. Поднятый на поверхность снаряд периодически очищают и затем продолжают бурение до водоносного пласта.

В процессе бурения скважины для предотвращения ее обсыпания и перекрытия верхних водоносных шаров грунта с грязной водой устанавливают обсадные трубы, предпочтительно из пластика, так как они легкие по весу, простые в установке и экономные по своей стоимости. На самом первом отрезке обсадной трубы устанавливается расширитель в виде конуса. Диаметр труб для обсадки должен быть больше ударного снаряда, чтобы стакан мог свободно опускаться и подниматься внутри скважины.

Готовая скважина будет похожа на узкий колодец. Внизу этот колодец оборудуют фильтром, очищающим воду от возможного загрязнения частичками почвы. Для этой цели при условии ударно-канатного способа бурения в известняке, или гравийных и галечных пластах подойдет труба с просверленными в ней мелкими отверстиями. На сыпучих, песчаных грунтах конец трубы оборудуют фильтром в виде сетки с мелкими ячейками. Из готовой скважины вода поставляется к потребителю путем ее перекачки насосным оборудованием.

Промышленное бурение скважин для воды стало применяться совсем недавно. До этого повсюду использовалось ручное бурение скважин своими руками, которое состояло в поднятии выработанного грунта ударно-вращательным способом. Это тяжелый физический труд, и в настоящее время ударно канатное бурение скважин применяется везде.

Ударно канатное бурение позволяет пробивать скважины большого диаметра и может применяться для личного хозяйства.

Несложная технология дает возможность для личного хозяйства, а также в местах, где невозможно применение буровой техники. Канатное бурение позволяет вести строительство скважины совершенно отвесно и на большие глубины. Применив механическую лебедку, можно значительно ускорить строительство.

Технологии ударно канатного бурения

Они дают возможность пробивать скважины глубиной до 70 м и диаметром до 250 мм.

Канатно ударное бурение скважин отличается преимуществами:

• длительный срок эксплуатации скважин;
• возможность строительства скважин большого диаметра;
• герметичность соединений, исключающая возможность загрязнения воды в скважине;
• экономическая эффективность.

Технология канатного бурения имеет и ряд недостатков:

• значительное снижение скорости бурения на большой глубине;
• небольшая глубина скважины при бурении сыпучих грунтов.

Проходку скважин ведут 2 способами:

1. Применение различных видов буров, которые круговым движением разрыхляют породу и вытаскивают ее на поверхность.
2. Применение в твердых пластах долота и стаканов различной конфигурации для дробления почвы на куски, которые также подаются на поверхность.

Для ударно канатного бурения необходимы инструменты:

• бурав;
• долото;
• штанга;
• конический или цилиндрический стакан;
• стальной трос;
• канатный замок.

Строительство скважин ударно канатным бурением

Стакан с конической формой крепится на металлический трос, затем поднимается на высоту и резко сбрасывается в скважину.

Простым по своему изготовлению является буровой снаряд Шатца, описанный в начале XX века профессором Скорняковым Е.Е. По его мнению, этим устройством можно пробурить скважину глубиной до 20 м в течение дня.

Вначале ручным буравом делают неглубокую скважину до 1 м. В нее устанавливают столб диаметром в 20 см с твердой фиксацией на поверхности. К столбу крепится перекладина с откосом и блоком. Закрепленным на блоке буравом отмечают центр скважины и начинают проходку специально изготовленным стаканом. Он может иметь коническую или цилиндрическую форму и крепится на металлический трос. Поднимая стакан на небольшую высоту (до 1,5 м), его резким движением бросают в скважину. При ударе о дно скважины стакан захватывает часть грунта. Натягивая трос, заполненный стакан вытаскивается на поверхность.

В зависимости от плотности грунта бур забирает немного почвы или совсем не забирает. Если он плотный, очень сухой и сыпучий, то в скважину доливают воду, чтобы смочить грунт. Или, наоборот, если почва, пропитанная водой, не захватывается, то добавляют сухую почву и немного воды. В таком случае начинают работать цилиндрическим стаканом или желонкой, имеющей специальный клапан для задержания грунта внутри. Желонка может забирать и небольшие камни, которые по своему размеру пройдут в отверстие клапана.

Бурение своими руками скважины – процесс не из легких.

Установка обсадной трубы

После проходки ее на глубину до 4 м начинают установку обсадной трубы, которую можно сделать из металла, асбоцемента, пластика или чугуна. Устанавливают 1 – 2 ее звена. Их установка на такой глубине обычно не вызывает затруднений. Отдельные звенья обсадной трубы могут достигать длины в 4 м. Обычно для соединения на них нарезают резьбу или сваривают их. Трубы в 50 мм можно соединить муфтами, а больший диаметр лучше сварить. Для более глубоких колодцев рекомендуется использовать стальные трубы, так как они имеют большой запас прочности и соединить их довольно просто.

При установке обсадной трубы встречаются твердые включения породы. Для предохранения торца трубы от деформации внизу приваривают или крепят резьбовым соединением фрезер или башмак, а сверху для защиты трубы вставляют металлический патрубок. Ее звенья, соединенные между собой, висят свободно на стальном хомуте, удерживающем их. Крепление трубой необходимо при бурении нижних слоев почвы, чтобы пластичные или сыпучие верхние породы не сужали скважину. Сужение затруднит доступ к нижним слоям грунта бурового оборудования.
Ударно канатное бурение можно использовать и при бурении твердых пластов грунта, но для этого необходимо увеличение силы удара. Поэтому производят утяжеление ударной штанги. Она может быть цельной или составной.

Изготовление ударной штанги

Виды долота, применяемые при ударно канатном бурении: а) плоское; б) двутавровое; в) округляющее; г) крестовое.

Для изготовления составной штанги используются цельные стальные болванки, а в штанги для утяжеления заливают бетон. Болванки соединяют фланцами и болтами. Соединение болванок при помощи резьбы не рекомендуется. Практика показывает, что при сильном ударе резьба сминается и дальнейшее их разъединение по окончании работ невозможно. То есть это будет разовый инструмент.
Ударяя о дно скважины долотом, его необходимо поворачивать на небольшой угол, чтобы отрезать часть грунта. Используя простую веревку это сделать невозможно. Для канатного бурения лучше всего подходит металлический трос, с помощью которого создается канатный замок. Между стенками обсадной трубы и буровым инструментом обязательно должен быть зазор минимум в 10 мм. Звенья обсадной трубы при установке обрезают лишний грунт со стен скважины.

Применение расширителя скважин

Установка скажины в твердых грунтах создает строителям трудности проходки.

Универсальным в такой проходке является расширитель скважины.

Схема элементов расширителя для скважины: 1 – верхний фланец; 2 – корпус; 3 – ось; 4 – резец; 5 – подкладка; 6 – пружина; 7 – нижний фланец.

Это специальный буровой инструмент, имеющий 2 резца, закрепленных на оси, и 2 пружины, удерживающие их в нерабочем состоянии. В рабочем состоянии расширителя скважин резцы выступают за пределы стенок обсадной трубы и, срезая грунт, делают скважину нужного диаметра. Для того чтобы опустить расширитель на дно скважины, необходимо отогнуть резцы вниз, сжав находящуюся между ними пружину. При ударе о почву дна пружина выталкивает резцы, устанавливая их в рабочее состояние. Чтобы поднять расширитель из скважины, надо потянуть его вверх. При движении резцы упираются в торец обсадной трубы, проворачиваются по оси вниз. Преодолев сопротивление пружины, расширитель свободно поднимается по трубе на поверхность.

Изготовление канатного замка

Схема элементов канатного замка: 1 – корпус; 2 – шайба; 3 – втулка; 4 – отверстие для выхода воды.

Детали замка:

• металлический корпус;
• втулка;
• опорная шайба.

Для очистки корпуса от воды высверливают несколько отверстий. На верхнюю часть замка устанавливают конусную гребенку, которая в аварийной ситуации поможет поднять его специальным ловителем на поверхность. Опорная шайба предохраняет корпус замка от расклепывания при сильных ударах о грунт.

Через втулку протягивают конец троса и разъединяют его на составляющие. Каждую проволоку зачищают и загибают вверх так, чтобы они могли свободно войти в расточку втулки. Протягивают немного трос и заливают легким сплавом металла. После того как он застынет, втулка должна свободно перемещаться и вращаться в корпусе замка.
При поднятии режущего инструмента натяжение троса увеличивается, и он раскручивается, поворачивая долото. При ударах о пласт почвы, когда нагрузка снижается, трос закручивается, поворачиваясь в замке.

Для усиления силы удара о дно скважины нужно оттягивать трос. Для этого устанавливают дополнительную лебедку. На вал редуктора нужно установить небольшой барабан и закрепить на нем один конец капроновой веревки, сделав несколько витков. Второй конец закрепить на тросе. Этой веревкой оттягивается канат, который затем отпускается. Ударная штанга с закрепленным на ней инструментом падает в скважину, срезая часть грунта.

При создании водозаборного устройства главной задачей является создание круглого углубления в земле, достигающее водоносного слоя. Одним из способов решения этой непростой задачи является ударно — канатное бурение скважин.

Технология процесса известна еще со времен древнего Китая и до нашего времени не претерпела принципиальных изменений. Пробивка ствола производится периодически повторяющимися ударами тяжелого инструмента в виде трубы с разрушением почвы в месте воздействия и выемкой разрыхленного грунта. Простая технология исполнения подразумевает возможность выполнения его своими руками.

В основе применяются три вида пробивных приспособлений:

Рис.1. Несколько разновидностей бурового инструмента для ударного бурения

• стакан – отрезок трубы нужного диаметра, нижний (ударный) конец может быть заточен до остроты по внутренней кромке или на нем нарезают зубья как на пиле для улучшения процесса разрушения грунта. Применяется для прохождения влажных глинистых или глинисто – песчаных слоев. Липкая глина приливает к стенкам стакана и извлекается наружу. Такое простое приспособление легко изготовить своими руками.
• желонка – такой же отрезок трубы, на входе в которую устанавливается плоский клапан, пропускающий грунт внутрь и не позволяющий ему просыпаться обратно. По наполнении желонка извлекается из ствола для очистки;
• долото – применяется на грунтах с каменистыми включениями или при прохождении известняковых стволов.

Каждая разновидность таких снарядов претерпела ряд изменений, в результате чего в арсенале профессиональных бурильщиков имеется около полутора десятков разновидностей различных наименований.

Особенности бурения по различным грунтам

1. Если ударно канатное бурение скважин производится по пескам или зыбучим пескам (плывунам), для выемки грунта применяют ударники с плоскими желонками. Частота ударов снижается. Установка обсадки на таких грунтах в процессе бурения обязательно. Важно не допускать выхода ударника из более, чем на полметра, в противном случае она может быть перекошена и заклинена в стволе, что приведет к потере инструмента и пробуренной скважины.
2. Ударное бурение по гравийным пластам и галечникам производится с использованием долот в форме двутавра. Для выемки грунта используются желонки с клапаном плоской формы.
3. При прохождении слоев по вязким и пластичным глинам используются долота специальных конструкций, представляющих собой доработанные плоскостные или инструменты в форме двутавра. Дополнительные детали придают им крестообразную форму.

Если на пути ствола попадаются валуны, это может привести к его уводу от вертикали, из за чего бурение зачастую приходится переносить в другое место. Чтобы разрушить валуны могут применяться утяжеленные инструменты в виде долот.

Прохождение трещиноватых слоев представляет опасность их склонность к осыпанию и обвалам. Поэтому бурение производится с особой осторожностью с контролем параллельной обсадки ствола.

Обсаживание стенок скважин

Ударно канатный способ бурения предусматривает одновременную обсадку, предохраняющую стенки ствола от разрушения, особенно в рыхлых и песчаных слоях. Для этой цели применяются целенаправленно производимые трубы для ообсадки. Они выпускаются в двух исполнениях:

• трубы для обсадки муфтовые – на обоих концах у них нарезана резьба, соединении производится с применением муфт с внутренней резьбой;
• трубы обсадные с высаженными концами – на одном из концов труб выполняется высадка – уширение горячим способом с увеличением диаметра на величину толщины стенки. По высадке нарезается внутренняя резьба, на противоположном конце наружная того же размера, что дате возможность стыковки труб без применения муфт.

Следует рассмотреть конструкцию первой трубы обсадной колонны подробнее.

Нижний конец оснащается «юбкой» — это насадка специальной формы, привариваемая или устанавливаемая на резьбу с торца трубы.

Устройство увеличивает диаметр ствола на 25 – 30 мм, при этом:

1. Создаются условия бурения, не допускающие повреждение фильтра, находящегося над юбкой.
2. Размер ствола позволяет свободное перемещение обсадной трубы вместе с муфтами или безмуфтовых внутри скважины.
3. Острая режущая кромка снизу активно разрушает остатки породы в шурфе после прохождения ударника, способствуя увеличению скорости проходки.

Фильтр выполняется из нержавеющей проволоки диаметром 1,0 – 1,5 мм намотанной виток к витку. В процессе намотки витки уплотняют. Жизненный цикл такого фильтра составляет порядка 70 лет при условии периодической промывки при заиливании. Технология позволяет без особых затруднений выполнить работу своими руками.

Скважина на участке

Первой задачей при обустройстве водозаборного устройства – выяснение гидрогеологической обстановки в месте предполагаемых работ. Это должно решать задачи:

• прояснение вопроса наличия или отсутствия достижимых бурением водоносных горизонтов;
• характеристики и свойства грунтов;
• желательную комплектность по видам;
• конструкцию и направленность скважины – на верховодку или второй песчаный горизонт (12 – 15 метров глубиной), до известняка артезианских горизонтов, в связи с этим – потребное количество обсадных труб;
• принятие решения о привлечении сторонних организаций или выполнении работ своими руками на арендованном оборудовании.

При необходимости установки буровой вышки собственной конструкции, ее можно изготовить своими руками из бревен средней толщины, труб, деревянных брусков – то есть, из подручных материалов. При этом нужно предусмотреть наличие тельфера для подъема обсадных труб и лебедки для работы с ударником. Высота буровой вышки определяется длиной обсадных труб.

Порядок выполнения работ

Ударно канатное бурение скважин производится в следующем порядке:

1. Подготовка приямка для устья скважины размером приблизительно 1,5 х1,5 х 1,5 метра.
2. Забуривание на глубину 1,0 – 1,5 метра.
3. Установка первой секции обсадной трубы в забуренное отверстие.
4. Размещение внутри обсадной трубы ударника.
5. Бурение сбросом ударника с высоты, по заглублении его на полметра, ударник извлечь и очистить от грунта. Операцию повторять до достижения водоносного слоя.

Бурение производится своими руками с помощью одного или двух человек.

Недостатки и преимущества процесса

Из недостатков отмечают:

• наиболее существенный недостаток – низкая скорость прохождения ствола;
• недоступность для исполнения в отдельных видах песчаных грунтов;
• заметное падение производительности при прохождении глубоких скважин;
• возможность только вертикального исполнения.

Преимущества:

• пласт вскрывается качественно, без повреждения его пористой структуры, что позволяет сохранить максимальный дебет водоносного слоя;
• не применяется промывочная жидкость и глина, засоряющая поры пласта;
• возможность успешного бурения в галечно – валунных слоях;
• скважина может быть освоена сразу же по окончании бурения и обустройства;
• возможно выполнение буровых работ инструментом большого диаметра – от 500 мм;
• естественный контроль проходимых пород при извлечении очередного керна.

В странах Северной Америки такой способ бурения скважин на воду до сих пор остается приоритетным, поскольку правильная выполненная скважина может работать до 70 лет.