Шнековое бурение скважин для питьевой воды пользуется наибольшей популярностью в частных домохозяйствах. С помощью ручного земляного бура можно пробурить неглубокую водоносную скважину самостоятельно. Для облегчения работы часто используют малогабаритные буровые установки с приводом.
О причинах популярности этого метода расскажем подробно. Разберём отличительные особенности от других способов бурения, в каких ситуациях его применение эффективно. В статье детально описана шнековая технология, конструкция бурильного оборудования, а также инструмент, применяемый в ручном и механическом бурении.
Специфика шнекового бурения
Буровая скважина — это вертикальная труба в земле, имеющая большое глубину и маленькое поперечное сечение. Начало скважины называется устьем, боковые стороны – стенками, а ее конец – забоем.
Выбор оптимального метода бурения определяется назначением скважины, необходимым диаметром и глубиной, а также физико-механическими характеристиками подлежащих проходным пород.
Технико-экономическая целесообразность бурения в особенных условиях также оказывает влияние. При проектировании скважин этот этап важен, поскольку на нём устанавливают основные технологические решения: вид применяемых установок и параметры бурения.
При проектировании и бурении скважин для водоснабжения нужно предусматривать долговременное использование. Важно обеспечить стабильный дебит и неизменность водопроницаемости призабойной зоны на протяжении длительного срока.
Работы по бурению скважины состоят из нескольких этапов.
- Разделение породного массива на отдельные фрагменты у карьера.
- Транспортировку отработанного грунта на поверхность.
- Подготовка скважины к работе включает очистку и оборудование ствола, а также проведение… промывки водозаборной выработки.
Эффективность бурения определяется природными физико-механическими характеристиками грунта: плотностью сложения, пористостью и водопроницаемостью несвязных грунтов, а также консистенцией глинистых пород.
Этот метод не годится для бурения скальных пород с монолитным строением и кристаллическими связями между частицами.
Преимущества и недостатки метода
Шнековое бурение используют как в промышленном, так и в гражданском строительстве. ручном бурении скважинЕго отличительной особенностью является удаление разрушенной породы не промывочной жидкостью или специальными газожидкостными смесями, а непосредственно деталями шнекового снаряда.
Разделяют шнековое бурение вертикальное и горизонтальное. Первый применяют при создании скважин для добычи воды, а также для проделывания отверстий под сваи. Второй способ используют при прокладывании инженерных коммуникаций без земляных работ.
Этот метод позволяет быстро бурить в неплотных грунтах до глубины 50-80 метров и сразу же создавать стены выработки с помощью установки обсадных труб.
В числе преимуществ – вынос использованной почвы на поверхность без необходимости поднимать инструмент. Кроме того, шнековое бурение не требует промывочной жидкости, поэтому его применяют в засушливых районах и при низких температурах.
Сегодняшним бурением шнековыми агрегатами занимаются:
- Для устройства индивидуальных водозаборных скважин;
- При строительстве фундаментов из винтовых/буронабивных свай;
- Для установки ограждений и железобетонных опор;
- При выполнении бестраншейной прокладки коммуникаций;
- Для строительства неглубоких колодцев и приямков.
Недостатки тоже присутствуют. Шнеки не подходят для бурения скважин в твердых породах. Встречаются трудности при проходке через твердые и полутвердые суглинки, глины с прослойками известняка. При бурении абразивных пород происходит большой расход бурового инструмента.
Допускается ограничение по глубине бурения. Скважина глубже 80 метров такой техникой неудобна.
Технология вертикальной проходки выработок
Шнек – прочная бурильная труба с навитой спиралью, служащая винтовым транспортёром. Под давлением рабочая часть снаряда погружается в породу и разрушает её резанием и разрыхлением. Одновременно шнеком откачивается грунт по спирали.
Разрыхлённый грунт под действием центробежных сил поднимается по лопастям буровой колонны вверх по винтовой дорожке.
Разрушенная порода после измельчения доставляется от места добычи на поверхность и выгружается в устье скважины. При лёгкой транспортировке грунт занимает 30-40% всего объема межвиткового пространства.
Характеристики шнековой колонны должны позволять быстро поднимать всю массу грунта, разрыхлённую шнеком. Во время бурения часть измельчённого грунта осыпается обратно на место пробития. Поэтому при проведении шнекового бурения необходима усиленная очистка ствола, а по окончанию работы — обязательная промывка.
Горизонтально направленное бурение шнеком
При прокладке труб для разных целей под барьерами (дорогами, железными путями, лесами) используют метод горизонтального шнекового бурения.
На первом этапе строительства вырывают два котлована: стартовый и приемный. Располагаются котлованы на одной высоте, соответствующей запланированной скважине. Затем в рабочий котлован опускают и устанавливают нужное оборудование.
Данное оборудование характеризуется большим ходом подачи и оснащено износостойкой буровой головкой из высоколегированной стали. Также в нём установлен зонд для отслеживания бурения. Оператор, получая сигналы на монитор, контролирует ход процесса и может корректировать направление движения, а также угол наклона буровой головки.
По достижении шнеком проектной точки в приёмном котловане бур снимают. На его место устанавливают расширитель и трубу. Затем за запускают вращение лопастей в обратном направлении для утяжки трубы в готовую скважину. По завершении бурения из стартового котлована извлекают шнековую установку.
Бестраншейный метод предназначен для прокладки труб под коммуникациями, находящимися ниже уровня грунтовых вод, протяженностью до 80 метров. Все работы выполняют без земляных раскопов, что позволяет снизить временные затраты и уменьшить финансовые расходы.
Горизонтальное шнековое бурение используют для прокладки трубопроводов и систем связи там, где другие способы невозможны. бестраншейной прокладкиЭкономно. Для сохранения стабильности готового изделия не требуется применять бетонит или другие полимеры.
Особенности бурения в разных породах
Основные технические характеристики процесса бурения — это осевая сила и частота вращения винта транспортера.
Рост нагрузки автоматически увеличивает скорость продвижения, что может спровоцировать различные чрезвычайные ситуации.
Важно контролировать количество породы, которое шнек подаёт за единицу времени, чтобы оно не превышало производительность транспортёра.
В основном пластичные глины, рыхлые и средней плотности пески бурятся без принудительной осевой нагрузки. Шнек внедряется в грунт собственным весом и реактивным усилием при отработке породы к устью цилиндрической выработки.
Нагрузки на ось до 5 кН возникают при начальном бурении скважины, а также при бурении в твердых супесях, суглинках, глинах, аргиллитах и алевролитах. Вращение колонны не должно превышать 1,7-3,3 оборота в секунду. -1.
Высокие частоты вызывают вибрации, которые могут нарушить соединения звеньев буровой колонны. Как результат, буровой снаряд застрянет на забое, извлечение которого практически невозможно, и придется… бурить новую выработкуВ случае малой частоты вывоз использованной почвы вверх затруднителен.
Повышение твёрдости горных пород приводит к увеличению осевых нагрузок. Бурение в гравийных и дресвяно-щебнистых грунтах, мёрзлых суглинках, водонасыщенных песках и алевролитах с включением кварца выполняется при осевой нагрузке 8-10 кН на долото и частоте вращения колонны 1,3-2,2 в секунду. -1.
Галечники и породы с валунами не добывают шнековым способом. Окатанные фрагменты горных пород раздробляются долотом и поднимаются на поверхность желонкой.
Бурение в песчаных породах разной плотности и влажности, а также в отложениях из гравия и щебня выполняется с высоким числом оборотов и одновременным укреплением стенок выработки обсадными конструкциями.
Для предотвращения этого снижают скорость бурения до минимума, перемещают колонну и доливают воду в скважину. В такой ситуации также полезен периодический подъем бурильного инструмента на поверхность и его очистка от накопившегося суглинка.
Инструмент для шнекового бурения
Шнековые инструменты для бурения скважин классифицируют по количеству витков и форме режущей части. Для проходки в твердых и полутвердых супесях, а также суглинках часто применяют буровые снаряды с кромкой, оснащенной дополнительными резцами.
Чаще всего при проходке водозаборной выработки для частных лиц применяют один стартовый шнек без дополнительных устройств, поскольку приходится бурить осадочные связные и несвязные породы. При заглублении инструмент наращивают буровыми штангами.
В данном варианте снаряд извлекают из ствола скважины через каждые 0,5—0,7 метра для очистки бура и забоя от обломков породы.
Для разбуривания валунов и гальки в осадочных грунтах применяют ударно-канатный метод. В качестве инструмента используют долото из инструментальной стали – заостренный бур с нижнего торца, который с усилием бросают на забой до разрушения «твердой преграды».
После разрушения гальки или валуна обломки поднимают наверх стаканом или колонковой трубой. желонкойПосле этого возвращаются к шнековому методу. Для разработки участка часто требуется сочетание нескольких буровых методик.
В рыхлых песках и мягком суглинке применяют шнековые снаряды с лопастями, развернутыми к забою под углом 30-60º. В связных глинистых породах используют снаряды с лопастями под углом 90º.
Спирали изготавливают наматыванием прочной стальной ленты шириной 5-7 мм на винтовую оправку. Затем её растягивают на трубе или стержне и приваривают.
Чем шире диаметр трубки-основы, тем ниже пропускная способность шнека. Но размер длинномерного изделия ограничен прочностью шнека и технологиями его изготовления.
Сегодня изготовляют два вида шнеков:
- С центральным отверстием, то есть полые;
- Утяжелённые – без отверстия.
Для уменьшения износа винтового транспортера при бурении в абразивных породах на его внешнюю грань надевают стальную полосу или наращивают металлический слой.
При больших скоростях сверления шнеком над буром монтируется переходник с двойным зацеплением из полосы стали. Благодаря этому большинство породы поступает на винт-транспортер без дробления.
В конце трубы со спиралью всегда приваривают элементы для соединения. Существуют два вида соединения шнеков: безрезьбовое и резьбовое. В первом варианте шнеки соединяются муфтовыми замками с помощью металлических пальцев и фиксаторов, во втором – путем ввинчивания.
Резьбовой способ соединения шнеков с бурильной колонной позволяет механизировать их присоединение и отсоединение во время работы, а также при подаче жидкости на забой. Однако у этого метода есть существенный недостаток – невозможность обратного вращения шнеков. Поэтому безрезьбовое соединение оказалось более популярным.
Буровые установки обычно комплектуются набором шнеков разного диаметра.
Полые шнеки с резьбовым соединением применяют при бурении с продувкой, для откачки воды при проходке цилиндрических выработок, для установки зарядов в геофизические скважины и для закачки бетона в отверстия под сваи. Их можно использовать в качестве обсадной колонны.
Во время бурения сплошным забоем центральный канал закрывается буровым инструментом, подвешенным на канате.
Обзор буровых станков
Для шнекового бурения задействуют как ручные инструментыВ числе инструментов для бурения есть как ручные, так и механизированные. Самым простым в устройстве является ручной земляной бур. Состоит он из стержня или трубы с винтообразным лезвием и жестко закреплённой Т-образной рукояткой.
Инструмент такого типа закачивают в землю подобно штопору. При проходке выработки его удлиняют штангами. Ручные земляные буры делают разборными для удобства транспортировки легковым транспортом, а также для изменения длины шнековой буровой колонны.
Ручным инструментом возможно проделывать отверстия глубиной до двух метров при диаметре не более двадцати сантиметров. Есть также мотобуры с бензиновым или электрическим двигателем. Состав их конструкции: винтовой транспортёр, то есть шнек, и двигатель с редуктором. Движение шнека обеспечивается вращением вала мотора.
С помощью приводного инструмента и буровых штанг возможно бурить скважины глубиной до двадцати пяти метров. При диаметре до тридцати сантиметров его применяют для установки опор освещения на улице, монтажа столбов ограждений, шурфов для осмотра фундамента и грунтового основания.
Мобильные агрегаты — это небольшие машины с электродвигателем или двигателем внутреннего сгорания. скважину для дачиСоздать многочисленные ямы для опор с разными функциями.
Часто буровые установки изготавливают в виде прицепов к легковым автомобилям для упрощения перевозки к места работы.
В гражданском и промышленном строительстве используют шнековое оборудование, установленное на мобильной технике, для создания выработок большой глубины и диаметра.
Применяют его при монтаже опор высоковольтных линий электропередач и столбов уличного освещения. Используют также для установки опор заборов стадионов, спорткомплексов, промышленных объектов, аэродромов. Шнековые буровые установки на передвижной технике применяются для сооружения шпунтового ограждения котлованов и установки винтовых свай.
Полезное видео по теме
Бурение водозаборной скважины диаметром шнека 20 метров на участке частного дома.
Видео демонстрирует технологию горизонтального шнекового бурения для укладки коммуникаций под трассой федеральной дороги.
Устройство выполнено в виде свай непрерывного действия, оснащенных большим шнеком с центральным каналом. Работы проводятся с помощью буровой установки Bauer BG-30 и мощного стационарного бетононасоса Liebherr.
Шнековый способ добычи скважин отличается высокой производительностью. Разработка скважины и отвозка извлечённого грунта от места работ к выходу осуществляется непрерывно и одновременно, что снижает временные затраты, усилия бурильщиков и инвестиции в проект. В связи с этим метод шнекового бурения пользуется спросом.
Напишите в форме комментариев о собственном опыте работы с ручным шнековым инструментом или бурением на небольшом буровом станке с применением шнеков. Поделитесь полезными деталями, которые могли бы пригодиться другим пользователям сайта.