Шнековое бурение скважин для питьевой воды пользуется наибольшей популярностью среди частных домовладельцев. Неглубокую водоносную скважину можно пробурить вручную с помощью земляного бура. Для упрощения работы часто используют малогабаритные буровые установки с приводом.
Об этом методе подробно расскажем, объясним популярность и отличие от других способов бурения. В тексте дается описание шнековой технологии и конструкции оборудования для бурения, инструмента для ручной и механической работы.
Специфика шнекового бурения
Буровая скважина — это цилиндрическая выработка в земной коре. При большом протяжении она имеет маленькое поперечное сечение. Начало называется устьем, боковая поверхность — стенками, а дно — забоем.
Выбор оптимальной технологии бурения зависит от назначение скважины, требуемого диаметра и глубины. Необходимо учитывать характеристики горных пород, что предстоит пройти при создании водозаборной выработки.
Выбор оптимального способа бурения обуславливается технико-экономической целесообразностью в конкретных условиях.
Проектируя и буря водозаборные скважины, следует руководствоваться долгосрочностью их эксплуатации. Важно обеспечить устойчивый дебит и постоянную водопроницаемость призабойной зоны на протяжении длительного срока.
Бурение скважины состоит из нескольких этапов работы.
- Измельчение горных пород на добычной площадке, разделяющее их на отдельные фрагменты.
- Транспортировку отработанного грунта на поверхность.
- Работы по подготовке скважины к использованию включают очистку и монтаж ствола, а также выполнение промывки водозаборной выработки.
Эффективность бурения определяется природными физико-механическими свойствами грунтов: плотностью сложения, пористостью, водопроницаемостью несвязных и консистенцией глинистых связных пород.
При бурении скальных пород с монолитной структурой и кристаллическими связями этот способ неэффективен. Чем прочнее минеральные частицы связаны между собой, тем больше энергии требуется для разрушения породы.
Преимущества и недостатки метода
Шнековое бурение используется как в промышленном, так и в жилищно-гражданском строительстве, а также в ручном бурении скважинЕго особенность — удаление разрушенной породы не при помощи промывочных жидкостей или спецсмесей, а непосредственно деталями шнекового устройства.
Существует два вида шнекового бурения: вертикальное и горизонтальное. Первый применяют при создании скважин для водоносного слоя и формировании отверстий под сваи. Второй используется при прокладке инженерных коммуникаций без земляных работ.
Метод позволяет быстро бурить скважины в ненакаленных грунтах до 50-80 метров, создавая при этом стенки выработки установкой колонны обсадных труб.
Это ещё один плюс – извлечение отработанного грунта на поверхность без подъёма инструмента. Кроме того, шнековое бурение не требует промывочной жидкости, поэтому его применяют в безводных регионах и в периоды с преобладанием низких температур.
В настоящее время шнековые агрегаты применяют для бурения.
- 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 имеются. В породах высокой твёрдости шнеком не выбурить скважину. При проходке в твердых и полутвердых суглинках, глинах с прослойками известняка могут возникнуть затруднения, а при бурении абразивных пород заметно увеличивается расход бурового инструмента.
Кроме того, существует ограничение на глубину разработки. Скважина глубже 80 метров этим методом крайне затруднительна.
Технология вертикальной проходки выработок
Шнек – прочная бурильная труба с навитой спиралью, действующая как вертикальный винтовой транспортёр. Под действием осевой нагрузки рабочая часть бурового снаряда вдавливается в породу и разрушает её резанием и разрыхлением. Одновременно шнековым буром производится подача пробитого грунта на спираль шнека.
Разрыхленный грунт под действием центробежных сил поднимается по лопастям буровой колонны вверх. Подъём осуществляется за счет скольжения по спирали, так как трение грунта о шнек меньше, чем о стенки скважины.
Разрушенная порода доставляется в измельченном виде от места добычи на поверхность и выбрасывается через выход скважины. При лёгкой транспортировке грунт занимает 30-40% общего объема между витками.
Параметры шнековой колонны должны обеспечивать быстрый подъем всей массы грунта, разрушенного шнеком. Часть разрыхленного грунта осыпается обратно на забой во время бурения. Потому при выполнении шнекового бурения требуется более усиленная прочистка ствола, а по завершении — обязательная промывка.
Горизонтально направленное бурение шнеком
При прокладке инженерных коммуникаций разных назначений под преградами, такими как автодороги, железные дороги или лесные участки, используют горизонтальное шнековое бурение.
На первом этапе работ рыют два котлована: начальный (рабочий) и приемный. Местоположение их должно соответствовать уровню запланированной скважины. Затем в рабочее место опускают и устанавливают нужное оборудование.
Данное оборудование обладает большим ходом подачи и оснащено износостойкой буровой головкой из высоколегированной стали. На нём установлен зонд для отслеживания бурения. Оператор, получая на монитор сигналы, контролирует ход процесса и может корректировать направление движения, а также угол наклона буровой головки.
По завершении погружения шнека в приёмный котлован, согласно проекту конечной точки, снимают бур. Вместо него устанавливают расширитель и трубу. Затем запускают вращение лопастей в обратном направлении для затяжки трубы в готовую скважину. После завершения бурения из стартового котлована извлекают шнековую установку.
Метод бестраншейной прокладки труб подходит для укладки трубопроводов под коммуникациями, находящимися ниже уровня грунтовых вод, протяженностью до 80 метров. Все сложные работы выполняются без раскопок траншей, что сокращает время выполнения и финансовые расходы.
Горизонтальное шнековое бурение используют для прокладки напорных трубопроводов и систем связи там, где другие способы невозможны. бестраншейной прокладки Экономичный и устойчивый материал не требует использования бетонита или других полимеров для сохранения прочности.
Особенности бурения в разных породах
Основные технические характеристики процесса бурения: сила на оси и обороты вращения винтовой транспортерной части.
Повышение нагрузки неизбежно влечет за собой увеличение скорости прохода, что способно вызвать различные чрезвычайные ситуации.
Важно контролировать объем породы, который шнек подает за единицу времени, чтобы он не превосходил производительность транспортирующего устройства. Иначе на винтовых лентах возникнут заторы.
Пластичные глинистые породы, рыхлые пески средней плотности бурятся без использования принудительной осевой нагрузки. Шнековый инструмент погружается в грунт под собственным весом и за счёт реактивного усилия, возникающего при подаче отработанной породы к устью цилиндрической выработки.
Осевые нагрузки до 5 кН возникают обычно при стартовом бурении скважины, а также при бурении в твердых супесях, суглинках, глинах, аргиллитах, алевролитах. Частота вращения колонны не должна превышать 1,7-3,3 оборота в секунду. -1.
Высокие частоты вызывают вибрации, приводящие к разрыву соединений звеньев буровой колонны. Буровой снаряд застрянет в забое, извлечь который будет практически невозможно, следовательно, придётся… бурить новую выработкуПри низких частотах перемещение использованной почвы вверх становится сложным.
При возрастании твердости горных пород усиливается влияние осевых нагрузок. Бурение в гравийных и дресвяно-щебнистых грунтах, а также в мерзлых суглинках, водонасыщенных песках и алевролитах с кварцевыми включениями выполняют при осевой нагрузке 8-10 кН на долото и частоте вращения колонны 1,3-2,2 оборота в секунду. -1.
Шнековый метод бурения не применяют для галечника и пород с валунами. Окатанные обломки скальных пород извлекают ломом, а затем поднимают на поверхность желонкой.
В песках разной плотности и влажности, а также в отложениях из гравия и щебня бурение осуществляют на высоких скоростях и дополнительно армируют выработку обсадными сооружениями.
Для предотвращения этого снижают скорость бурения до минимума, перемещают колонну и добавляют воду в скважину. В такой ситуации помощь оказывает периодический подъем бурильного оборудования на поверхность и очистка его от налипшего суглинка.
Инструмент для шнекового бурения
Инструменты для шнекового бурения скважин различают по количеству витков и форме режущей части. В твердых и полутвердых супесях, а также в суглинках применяют буровые снаряды с кромкой, оснащенной дополнительными резцами.
Часто для проходки водозаборной выработки частникам применяют только один стартовый шнек без дополнительных деталей, поскольку приходится бурить осадочные связные и несвязные породы. Для увеличения глубины инструмент наращивают буровыми штангами.
В этой ситуации снаряд из ствола скважины поднимают через каждые 0,5—0,7 метра для очистки бура и забоя от обломков горных пород. Такой способ бурения более экономичен, но требует больше усилий.
Для разрушения валунов и гальки в осадочных грунтах применяют ударно-канатный метод. Для этого используют долото из инструментальной стали — заостренный с нижнего торца бур, который энергично бьют по забою до разрушения препятствия.
После раздробления гальки или валуна фрагменты поднимают наверх стаканом или колонковой трубой. желонкойПосле этого вновь применяют шнековой способ. Для разработки горной выработки зачастую требуется комбинировать несколько буровых методов.
При бурении рыхлых песков и мягких суглинков применяют шнековые снаряды с лопастями, раскрытыми к забою под углом 30-60º. В связных глинистых породах используют снаряды с лопастями, раскрытыми под углом 90º.
Спирали изготавливают путем навивки стальной ленты толщиной 5-7 мм на винтовую оправку и ее последующего растяжения на трубе или стержне с последующей сваркой.
Чем шире труба-основа, тем ниже эффективность транспортировки шнеком.
Сегодня изготовляют два вида шнеков:
- С центральным отверстием, то есть полые;
- Утяжелённые – без отверстия.
Для уменьшения износа винтового транспортера во время бурения в абразивных Gesteinen по наружной кромке закручивают стальную ленту или наплавляют металлический слой.
В условиях высокой скорости бурения шнеком к сопряжению снаряда крепят переходник с двусторонней нарезкой из стальной ленты. В результате подавляющее большинство горной массы поступает на винный транспортер без разрушения.
В конце трубы со спиралью обязательно приваривают детали для соединения. Существуют два вида соединения шнеков: нерезьбовое и резьбовое. В первом варианте шнеки соединяются муфтовыми замками с помощью металлических пальцев с фиксаторами, во втором – путем ввинчивания.
Резьбовое соединение шнеков с бурильной колонной упрощает механизацию их соединения и разъединения во время подъёма и опускания, а также подачи жидкости на забой. Однако этот способ не позволяет осуществлять обратное вращение шнеков. В связи с этим безрезьбовое соединение пользуется большей популярностью.
Буровые комплексы обычно имеют комплект винтовых буровых машин различного размера.
Шнеки с резьбовым соединением применяют при бурении с продувкой, для откачки воды во время проходки цилиндрических выработок, для установки зарядов в геофизические скважины и закачки бетона в отверстия под сваи. Их можно использовать в качестве обсадной колонны.
Во время бурения непрерывным столом инструмент на тросе закрывает центральный канал.
Обзор буровых станков
Для шнекового бурения задействуют как ручные инструментыРучной земляной бур — устройство наипростейшего исполнения.
В его состав входит стержень, напоминающий трубу, оснащенный винтообразным ножом, а также жестко прикрепленная ручка в форме буквы «Т».
Этот инструмент для бурения ввинчивается в грунт подобно штопору. В процессе проходки выработки его наращивают секциями. Ручные земляные буры делают разборными, чтобы их было удобно перевозить на легковых автомобилях. Это также позволяет изменять длину шнековой буровой колонны.
Ручным инструментом возможно сверлить отверстия глубиной до двух метров диаметром не более двадцати сантиметров. Также существуют мотобуры с бензиновым или электрическим приводом. В их конструкции есть винтовой транспортёр, то есть шнек, и двигатель с редуктором. Вращение вала мотора приводит в движение шнек.
При помощи приводного инструмента и буровых штанг можно пробурить скважины глубиной до 25 метров. При диаметре до 30 сантиметров его применяют для установки опор освещения на улице, монтажа столбов ограждений, шурфов для осмотра фундамента, грунтового основания.
Портативные бурильные установки — это компактные машины с электро- или бензиновым двигателем. скважину для дачи Создать много ям для опор с разными функциями.
Часто буровые установки изготавливают в виде прицепов к автомобилям для упрощения перевозки на место работы.
Для создания скважин больших размеров в гражданственном и промышленном строительстве используют шнековую технику, установленную на мобильной платформе: грузовых машинах, тракторах.
Его применяют при монтаже опор высоковольтных линий электропередач и столбов уличного освещения, а также при установке опор заборов стадионов, спорткомплексов, промышленных объектов, аэродромов. Вне зависимости от этого, с помощью шнековых буровых установок на передвижной технике строят шпунтовое ограждение котлованов и устанавливают винтовые сваи.
Полезное видео по теме
В частном доме пробурили скважину для забора воды, используя шнековую технологию, глубина достигла 20 метров.
Видео демонстрирует технологию горизонтального шнекового бурения скважин для прокладки коммуникаций под дорогой.
Устройство свай выполнено с помощью шнека большого диаметра со встроенным центральным каналом. Работы проводятся с использованием буровой установки Bauer BG-30 и высокопроизводительного стационарного бетононасоса Liebherr.
Шнековый способ обеспечивает высокие темпы бурения скважин. Разработка и подача отработанного грунта от забоя к устью выработки происходят одновременно и непрерывно, что экономит время, усилия буровиков и средства. Метод шнекового бурения пользуется популярностью.
Пожалуйста, оставьте комментарии в расположенной ниже форме. Расскажите, приходилось ли вам работать с ручным шнековым инструментом или бурить на малогабаритном станке с помощью шнека. Поделитесь технологическими нюансами, которые могут быть полезны посетителям сайта.