Способы бурения скважин

Построив загородный дом на значительном удалении от коммуникаций, каждый собственник вынужден решать проблему с водоснабжением самостоятельно или сообща с соседями. Для получения стабильного доступа к подземным источникам используют различные виды скважин на воду. Из гидротехнических конструкций популярны шахтные колодцы, скважины на песок, на песчаник или известняк. В чем отличия таких сооружений? Каковы характеристики? В чем преимущества и недостатки основных видов?

Колодцы

Колодец один из самых популярных видов неглубоких скважин встречающийся повсеместно на частных подворьях. В былые времена стены колодца делали в виде деревянного сруба, что сказывалось на непродолжительных сроках его эксплуатации. Древесина большинства пород под воздействием влаги подвергается процессам гниения и разрушения. Единственным приемлемым вариантом, способным увеличить эксплуатационные сроки деревянных срубов колодезных шахт это использование древесины лиственницы или дуба. Данные материалы выдерживают десятилетия непрерывного воздействия водой. В наше время популярны колодцы из ЖБИ-колец метрового и полутораметрового диаметра.

Конструкция колодца дает возможность водозабора верховодки. Неглубокие источники в отличие от скважин могут использоваться только для технических целей, полива грядок на огороде. Для питья в сыром виде такая вода не годится. При заглублении шахты не менее, чем на 15 метров, высока вероятность выйти на воду более высокого качества.

Технология строительства шахтного колодца заключается в последовательной установке бетонных колец друг на друга.

  • 1-е кольцо устанавливается на почву, после чего внутри выбирается грунт. По мере выемки кольцо под собственным весом будет опускаться.
  • 2-е кольцо устанавливается после полного погружения 1-го. Дальнейшая выемка грунта позволяет равномерно опуститься следующему фрагменту стены колодца.
  • Последующие кольца устанавливаются аналогичным способом, пока шахта не углубится до водоносного слоя.
  • Поверх шахты устанавливается оголовок, состоящий из одного заглубленного кольца и одного верхнего.
  • Вокруг оголовка на расстоянии 0,6 м выбирается грунт на глубину до 1 метра от уровня почвы. Полость заполнятся глиной и уплотняется.
  • Поверх глины, из песка отсыпается отмостка.
  • Устанавливается крышка, препятствующая попаданию пыли и мусора.

Основное преимущество колодцев не только в их доступности и простоте, а так же в хорошем коэффициенте пополнения извлеченного объема воды в благоприятные периоды года.

Недостатки

Не лишены колодцы и недостатков. К таковым можно отнести:

  • Временные и трудовые затраты.
  • Нестабильный объем в периоды засухи.
  • Объем воды в колодцах обычно нестабилен и носит посезонный характер. В весеннее время вода становится малопригодной для питья.
  • Колодец требует регулярной очистки. Для этого его опорожняют с помощью насоса от воды и грязи.
  • Существует прямая зависимость качества воды от сезонов и количества осадков.
  • Воду из колодца требует обязательного кипячения.

На местах, где бывают подтопления и паводки, заболоченности, колодцы для водозабора питьевой воды ставить не допустимо.

Абиссинский колодец

Скважина игла или Абиссинский колодец еще один простой и доступный с точки зрения финансовых затрат вид гидротехнических сооружений. Состоит из узкой 1…1,5” трубы, на окончании которой находятся фильтр и иглообразный наконечник. Снарядом прошивают грунт на глубину от 10…25 метров до водоносного слоя, тем самым минуя нестабильную верховодку.

Для создания скважины иглы берутся двухметровые трубы и последовательно забиваются в грунт. По мере заглубления отрезки трубы соединяют между собой посредством резьбовых соединений. На саму трубу ставят либо ручной, либо электрический насос, работающий по вакуумному принципу.

После организации водозабора, скважину прокачивают для получения чистой воды. Для питьевых целей она будет пригодна через сутки. Рекомендуется сделать химический анализ ее состава в СЭС или гидрогеологической лаборатории. Как показывает практика, после всех подготовительных и профилактических манипуляций с абиссинской скважиной вода будет соответствовать санитарным нормам.

Преимущества

Простая и эффективная конструкция, позволяющая удовлетворить потребности в небольшом количестве воды хорошего качества, обладает следующими преимуществами:

  • Срок службы колодца не менее трех десятилетий.
  • Малогабаритные размеры позволяют пробурить скважину в подвале частного дома.
  • Исключена вероятность загрязнения из почвенных горизонтов.
  • Не требуется разрешений.

Из негативных сторон присущих данному типу источника можно отнести следующие недостатки:

  • Поскольку абиссинский колодец делается из полуторадюймовой трубы и предполагает забор воды с только помощью насоса. Поверхностные насосы не эффективны после десятиметровой глубины.
  • Конструкция требует регулярной чистки трубы от заиливания и песка.
  • Возможность поставить абиссинскую скважину доступна лишь в условиях мягкого грунта.
  • Абиссинская конструкция привередлива к качеству водоноса и не будет работать на плывунах, бесперебойная эффективность возможна только на слое из крупнозернистого песка.

При засорении абиссинского колодца используют желонку – цилиндрический сосуд для извлечения грязи, ила, песка.

Песчаные скважины

Такой источник прост по своей конструкции и не требует длительного времени на монтаж. Скважины ориентированы на добычу воды в рыхлых межпластовых водоносных слоях. Как правило, это песок, галечник, гравий . Вскрытое месторождение используют для автономного водоснабжения загородного дома.

В зависимости от глубины нахождения горизонта песчаные скважины делят на два вида:

  1. На мелкий песок – до 40 метров.
  2. На глубокий песок (песчаник) – от 40 до 90 метров.

Выбирая вид источника, учитывайте, что по водоотдаче мелкие скважины уступают глубоким (1 м3 против 2 м3).

По своей конструкции скважины, обустраиваемые на песчаных горизонтах, представляют собой ствол, в котором находится стальная или пластиковая обсадная труба диаметром более 10 см. Нижняя труба имеет перфорацию для просачивания влаги, а дно оснащают фильтрующей сеткой. Проходка породы выполняется шнековой бурильной установкой. Подъем воды осуществляется посредством погружного насоса.

Из-за наличия частиц песка центробежные насосы для поднятия воды не годятся. Очень быстро забивается фильтрующий элемент, что приводит к выходу устройства из строя.

  • Достаточна глубина для получения чистой воды, по сравнению с перечисленными выше источниками.
  • У скважин на глубокий песок стабильный объем.
  • Химический состав воды в песчаниках вписывается в санитарные нормы.
  • Высокая производительность от 1 до 2 м3/ч.
  • Для вскрытия водоносного пласта не требуется разрешений.
  • Время проходки с установкой обсадной трубы занимает не более 2-х дней.
  • Срок эксплуатации таких водяных скважин до 30 лет.
  • Объем воды у скважин на мелкий песок более зависим от уровня осадков.
  • Химический состав воды из неглубоких источников не постоянен и чувствителен к антропогенным и техногенным факторам.
  • Наличие мелкозернистого песка способствует заиливанию скважины.

Артезианская скважина

Один из сложных видов скважин по своей конструкции и проходке. При бурении вскрывается артезианский водоносный слой, расположенный на известняках. При вскрытии водоносного горизонта уровень воды в стволе устанавливается на порядок выше водоупорного слоя. Подпитывается источник удаленно, проходя многометровые слои пород, фильтрующие свойства которых обеспечивают очистку высокого уровня.

Глубина артезианских скважин зависит от расположения водоносного слоя в конкретной местности. Она может составлять 90 и более метров.

Качество воды – постоянное, не подвержено сезонным колебаниям. Однако без установки специального фильтрующего оборудования не обойтись. Проходя сквозь толщу различных пород, вода насыщается различными минералами, предельно допустимая концентрация которых может превышать установленные нормы. Поэтому очень важно после прокачки скважины сдать пробы воды на химический анализ.

Объем воды – стабилен. Его будет достаточно для обеспечения нескольких загородных домов с постоянным проживанием семей.

При вскрытии артезианского горизонта используют специальную буровую технику. В ствол шахты опускается обсадная труба. Для увеличения срока службы водозабора в обсадную трубу помещают трубу из непластифицированного поливинилхлорида (нПВХ). По завершении бурения устанавливают кессон, выполняющий роль тепло- и гидроизолятора.

Подъем воды осуществляют с помощью глубинных насосов. Для увеличения срока службы насосного оборудования используют гидроаккумулятор.

  • Высокое качество воды.
  • Высокий потенциал отдачи артезианских вод свыше 3 м3/ч.
  • Бесперебойное водоснабжение.
  • Длительный срок эксплуатации — до 50 лет и более.
  • Применение тяжелой буровой техники.
  • Необходимо составление проекта.
  • Требуется получение специального разрешения (лицензии) на пользование недрами.
  • Обязательная постановка на учет с присвоением Государственного водного кадастра.
  • Высокая стоимость работ и материалов.
  • Продолжительные сроки проходки и обустройства.

Основные характеристики

В зависимости от назначения скважины потребуется анализ по ряду параметров, которые описывают уровень изобильности водоносного слоя, скорость восстановления водного ресурса после водозабора. Эти данные необходимы для выяснения того, сможет ли она полноценно решить задачу обеспечения водой в конкретном случае. В целом все виды водозаборов характеризуют по следующим параметрам:

  • Пьезометрический уровень. Измеряется глубина от поверхности грунта до вскрытого водоносного горизонта.
  • Уровень водопроводимости скважины измеряется кубометрами, которые способна выдать точка водозабора в течение 24 часов.
  • Динамический уровень вычисляется во время активного использования скважины, проверяют и фиксируют уровень, на который поднимается вода по длине трубы.
  • Установление показателя по статистическому уровню скважины происходит через час после прекращения водозабора. В этот период забойное давление приходит в баланс с давлением пласта, расположенного над водоносным участком, уровень воды фиксируется, она перестает подниматься.
  • Исходя из статической и динамической характеристик скважины, вычисляют дебет точки водозабора. Рассчитывается как соотношение извлеченной воды и ее притока. Выясняют основную характеристику, показывающую, сколько воды способна давать скважина в конкретный временной период.

Скважины с высоким уровнем водоотдачи имеют разницу в динамическом и статистическом уровнях, не превышающую метра. Артезианские скважины характеризуются равноценными статическими и динамическими уровнями.

Как видите, виды водозаборных конструкций имеют свои плюсы и минусы. То, что подходит для большого селения, может быть неэффективным для частных лиц и наоборот. При выборе типа скважины необходимо учесть не только экономические особенности, но и геологические параметры, гидрогеологические условия.

Способ ударно-канатного бурения предусматривает постепенное разрушение почвы посредством методичных ударов тяжелого орудия. Главным достоинством процесса являются простота и доступность. Для этого не нужно быть специалистом, поскольку при установке используют самые ходовые материалы. Несложная конструкция может быть обустроена и своими руками.

Бурильный инструмент

Все работы выполняют с помощью снаряда Шитца. Он включает в себя:

  • вышку с ударной штангой;
  • забивной стакан – отрезок трубы с приваренным к низу стальным режущим краем;
  • желонку, оснащенную клапаном;
  • долото;
  • лебедку и блок.

Вышку для бурения устраивают в форме треножника, который изготавливают из брусьев или труб. Установку и сборку выполняют с помощью различных ключей, затяжных трещоток и отверток. Сверху конструкции размещают ворот для подъема, через который пропускают трос. Высота вышки должна превосходить длину рабочего органа. Ударную штангу делают из цельных стальных болванок. Отдельные детали соединяют с помощью фланцев либо болтов. В целях утяжеления орудия внутреннюю полость заливают бетоном.

Схема бурового снаряда Шитца

Основной бурильный инструмент – стакан – имеет заостренный к центру торец, благодаря чему в момент удара снаряд глубоко проникает в землю. Кроме этого, кромка трубы может быть оснащена острыми зубьями. С их помощью разрушают породу, сформированную из глинисто-песчаной смеси или влажной глины. В верхней части предмета находится наковальня – место удара штанги. Снаряд больших размеров сохраняет ровность забоя. Неслучайно стандартное орудие имеет длину не менее 2 метров.

Материалом для желонки служит фрагмент трубы диаметром 90 мм. Снизу она имеет клапан плоской формы, который открывается в момент соприкосновения с землей. Так почва попадает в снаряд. При подъеме конструкция закрывается под тяжестью измельченной массы.

Тросы изготавливают из стальных проволок. Наибольшую популярность имеют 6-прядные изделия с пеньковым сердечником, пропитанным битуминозными средствами. Толщину каната и его крепления выбирают, исходя из массы снаряда и штанги. При выборе инструмента учитывают его разрывное усилие и коэффициент безопасности.

Особенности бурения по различным грунтам

На мягких несыпучих участках используют стакан, поскольку такая почва хорошо закрепляется в его стенках. При ударе о землю острый край захватывает часть слоя, вслед за этим штанга бьет по наковальне и углубляет колодец. После нескольких пробивок полость снаряда заполняется, и его поднимают наверх.

Для выемки песков-плывунов предназначена желонка. Обязательной процедурой при наличии однородной сыпучей породы становится монтаж обсадной трубы. Ее же используют на грунтах с песчаными прослойками. Колонна углубляется в почву под тяжестью собственной массы, что позволяет увеличить срок эксплуатации шахты.

Установка обсадной трубы в скважину.

На водоносных и чистых песках используют желонки, утяжеленные короткой ударной штангой. Число соприкосновений с землей должно быть небольшим. Необходимо следить, чтобы ударное орудие не выходило более чем на 0,5 см из трубы, в ином случае она может перекоситься и заклинить в уклоне, что приведет к материальным издержкам.

Бурение каменистых пластов производят с помощью плоскостных долот либо орудий в форме двутавра. Для увеличения диаметра ствола, наряду с обсадной трубой, применяют специальный расширитель. Он сносит породу со стенок, тем самым расширяя пространство для прохода. Функцию транспортировки раздробленной земли выполняет желонка с плоским клапаном и низким башмаком.

При прохождении трещиноватых слоев, склонных к обвалам и оползням, операцию проводят с большой осмотрительностью. Такие участки обрабатывают округляющими и крестовыми долотами.

Обсаживание стенок скважин

Согласно технологии бурения канатным способом, для укрепления ствола шахты прибегают к установке труб для обсадки. Их диаметр должен быть больше, чем сечение забивного стакана. Тем самым упростится перемещение снаряда.

Колонны бывают муфтовые и с высаженными концами. В первом случае на обоих концах изделия присутствует резьба. Соединяют их с помощью муфт с внутренней резьбой. Этот вариант используется при необходимости установить трубу диаметром менее 50 мм.

Обсадные трубы с высаженными концами оборудованы расширительным конусным башмаком. По высадке нарезается внутренняя резьба, на противоположном крае – наружная того же размера. Это дает возможность состыковать элементы без применения муфтового сцепления.

Изготавливают их из чугуна, асбоцемента и пластика. При работе с ними используют хомуты, забивные головки, башмаки, забивной снаряд. Устанавливают колонны при углублении шурфа на 4 м.

Скважина на участке

Перед проведением буровых работ необходимо выполнить ряд процедур:

  • прояснить вопрос наличия или отсутствия водоносных горизонтов;
  • ознакомиться с характеристиками грунтового пласта;
  • проверить комплектность бурового инструмента по видам;
  • предусмотреть необходимость использования лебедки для работы с ударником и тельфера для подъема обсадных труб;
  • подобрать желательную конструкцию и направленность скважины, а в связи с этим – необходимое количество колонн для обсадки.

Порядок выполнения работ

По инструкции началу бурения предшествует обустройство шурфа для защиты забоя от обвалов. Длина отверстия может составлять 5 м, а ширина – 1,5 м. Глубину рассчитывают в пределах 1,5 – 2 м. Стенки траншеи укрепляют дощатыми щитами.

Затем устанавливают вышку. В случае ручного обустройства скважины производят контроль его вертикальности. Малейшее искривление траектории инструмента приведет к невозможности монтажа обсадной трубы и дальнейшего использования водозаборной конструкции.

После установки первой секции колонны выполняют резкий сброс стакана с высоты 1,5 м. По заглублению на 0,5 см ударник вытягивают наружу и повторяют процесс до достижения водоносного слоя. По мере необходимости забивной снаряд меняют на долото или желонку, увлажняют забой или досыпают сухую почву. Применять такой метод бурения можно как в одиночку, так и бригадой.

Недостатки и преимущества процесса

Этот способ имеет большое число достоинств:

  1. Водоносная порода вскрывается качественно, без повреждения пористой структуры, что продлевает срок службы скважины до 80 лет.
  2. Применение системы возможно без использования спецтехники, что позволяет пробурить скважину необходимой глубины в труднодоступных местах и при ограниченном бюджете.
  3. Отсутствует необходимость использования глины и промывочных жидкостей – воды или специального раствора.
  4. При создании колодца можно производить бурения в валунно-галечниковых отложениях, в многолетнемерзлых породах, а также грунтах, легко впитывающих влагу.
  5. Методика выполнения работ препятствует загрязнению водоносного пласта.
  6. Процесс предусматривает использование инструментов большого сечения – 500 мм и выше.
  7. Скважину осваивают сразу же после ее обустройства.
  8. С помощью установки проводят разведочные работы. Выемка породы осуществляется по всему жерлу ствола.

Среди недостатков выделяют низкие темпы работ. Возможности метода не подходят для обустройства глубинных скважин. Такую конструкцию не используют на некоторых видах песчаных почв. К минусам процесса можно также отнести допустимость только вертикального бурения.

До сих пор для многих существует проблема обеспечения себя автономным водоснабжением. Несмотря на довольно развитую структуру водопроводных сетей во многих регионах получить питьевую воду можно только при обустройстве собственного колодца или скважины. Копка колодца вручную — это трудоёмкая и невыполнимая задача. Скважина — это единственно приемлемый вариант решить проблему, а поможет в этом буровая установка, которая эффективно работает на любом грунте.

Особенности установок

Лучше, конечно же, привлечь профессионалов для изготовления колодца, но бурение установкой промышленного типа стоит довольно дорого, поэтому чаще приходится отказываться от такого варианта.

В этом случае применяются малогабаритные бурильные установки, которые вполне можно собрать самостоятельно. Трудно будет тем, кто первый раз сталкивается с таким видом работ. Для этого понадобятся хотя бы небольшие слесарные навыки. Конструкция, изготовленная своими руками, не только значительно сократит материальные затраты при разработке собственного колодца, но и окупится, если понадобится выполнять работы на соседних участках.

Скважина представляет собой сооружение в форме цилиндра, уходящее вглубь земли и укреплённое с помощью специального жёсткого каркаса. Изготовление таких конструкций выполняется установками для бурения, которые появились достаточно давно, так как применялись для добычи полезных ископаемых. Позже стали использоваться и для бурения водяных скважин. Функциональность буровых установок позволяет выполнять операции для различных целей:

  1. Изготовление отверстий небольшого диаметра, которые используются для решения различных инженерных задач.
  2. Бурение разведочных скважин. Выполняются они для получения сведений о состоянии грунта, водоносных горизонтах.
  3. С целью поиска или добычи жидких или газообразных ископаемых, например, нефти.
  4. Бурение скважин для воды.

Используются несложные механизмы для изготовления неглубоких отверстий. Существуют и их разновидности:

  1. Трубчатый колодец. Это неглубокий ствол — до 12 м, который предназначен для разработки верхних водоносных горизонтов.
  2. Скважина на песок. Колодец средней глубины — до 30 м. Срок эксплуатации такой системы около 15 лет, затем ствол может заилиться или забиться песком. Тогда нужно будет чистить его или бурить новый слой.
  3. Артезианская скважина. Глубина ее может достигать 100 м и разрабатывается для нескольких частных домостроений, поэтому для изготовления отверстий применяются специальные технологии и механизмы. Срок службы таких источников воды доходит до 50 лет. Буровые установки наделены высокой мощностью и сложностью.

Разработка скважин — искусная работа, так как результат невозможно предсказать, а каждая конструкция уникальна.

Процесс заключается в следующем: в грунте нужно сделать глубокую и узкую шахту непосредственно к водоносному слою и установить в неё обсадную трубу, чтобы укрепить стенки выработки. Во время сооружения системы приходится извлекать достаточное количество грунта, причём он может быть разным: от крупных камней до песка, смешанного с водой.

Виды конструкций

Современные станции в газовой и нефтяной отрасли кардинально отличаются от устройств водяных скважин. Там мощный бур свободно проходит через мёрзлый грунт и скальные породы. К тому же способен функционировать под давлением на большой глубине. Поэтому в промышленных отраслях применяются стационарные платформы, в быту передвижные и самоходные буровые установки.

Изготовление скважин на воду в таком мощной технике не нуждается. Сегодня существует большое разнообразие малогабаритных буровых установок, в том числе и самостоятельного изготовления, для бурения колодцев для воды.

Многие из них наделены ручным приводом, но эффективность недостаточна для качественного выполнения работ. Их свободно можно использовать для бурения стволов небольшой глубины и по мягким почвам. Поэтому лучше отдать предпочтение установке с механическим приводом. Она обеспечит хорошую производительность и бурение глубоких скважин.

В зависимости от состояния почвы и требуемой глубины шахты, существует три вида мобильных установок:

  1. Устройство для вращательного бурения. В конструкцию включён буровой шнек, который при вращении разрушает грунт. Такая техника предназначена для неглубокой разработки.
  2. Установки для вращательно-ударного бурения. Процесс выполняется за счёт ударов по вращающемуся элементу. Разрушающим породу элементом является долото, усиленное режущими вставками. Приспособление такого вида может использоваться для изготовления скважин глубиной до 200 метров.
  3. Станок для ударного бурения. Он выглядит в виде треугольного каркаса с прочным основанием. К нему крепится гибкий высокопрочный трос с байлером и стамеской, которые запускаются в шахту. Также удары могут наноситься по снаряду, установленному в забое. Байлер выхватывает породу из скважинного канала и поднимает её на поверхность. Хотя это трудозатратный метод, подобные конструкции легко устанавливаются и функционируют с высокой производительностью.

Установка для ударного бурения используется на мягких подвижных породах. На твёрдых грунтах способна заглубляться не более, чем на 100 метров.

Способы разработки скважин

Продолжительность рабочего процесса зависит от глубины водоносного горизонта. Иногда он пролегает на глубине 10 м, а порой скважину приходится углублять до нескольких десятков или даже сотен метров. Каждому методу соответствует определённая установка. Всего четыре способа бурения:

  1. Роторный. Используется принцип вращения: ротор обеспечивает вращение бура. Внутрь бура доставляется вода (бурильный раствор). Она выносит наружу шлам (раздробленную породу), а бур при этом остаётся в колодце. Его постепенно наращивают, устанавливая дополнительные штанги. Существуют ещё роторные установки «сухого» бурения, работающие без растворов. Такие механизмы требуют больших усилий, а скорость бурения гораздо ниже. Роторные станки применяются на малую и среднюю глубину — не более 50 метров.
  2. Шнековый. Внедрение в почву происходит за счёт шнека — штанги с расположенными винтом лопастями. Вручную можно пробурить всего лишь на два метра, например, под фундамент на сваях. Но чтобы пройти твёрдый слой глины или плотного песка необходимо приложить большое усилие. В этом случае понадобится двигатель с большим вращающимся моментом — ротор. Шнек разрыхляет грунт и выводит его наружу. На податливом грунте используются обычные буры, на твёрдом — буры с резцами, на каменистом шнековые установки бесполезны.
  3. Ударно-канатный. Этот способ применяют для бурения колодцев до 300 метров. Тяжёлый груз бросают в скважину на канате. Груз состоит из таких составляющих, как долото, штанга, замок. Падая с высоты, он дробит грунт, после чего его поднимают и снова бросают. Процесс повторяется, пока ствол не достигнет требуемой длины.
  4. Ударно-вращательный. Применяется для бурения шахт на глубину от 600 м и глубже. В этом случае используются телескопические ударные штанги, а также бентонитовая глина, благодаря которой укрепляются стенки шахты. Таким методом разрабатываются не только скважины для воды, но и для добычи нефти. Процесс работы обеспечивают передвижные агрегаты, расположенные на тракторе или грузовике.

Пользуясь ударно-вращательной установкой, тратится гораздо меньше физических сил. Однако конструкция довольно сложная и требует определённых затрат, так как некоторые детали нужно будет покупать или изготавливать под заказ.

Бурение с промывкой

Это наиболее эффективный способ разработки скважины глубиной до 35 м, обеспечивающий скорость проходки до 12 м/ч. Этот показатель значительно превышает производительность других методов. Процесс включает в себя прямую и обратную промывку скважины:

  1. При прямой промывке раствор поступает в скважину для вымывания грунта и выброса его на поверхность.
  2. При обратной раствор также подаётся в ствол, но затем выполняется откачка грунтовой массы при помощи насоса.

Вязкий промывочный раствор, кроме охлаждения режущих элементов и очистки скважины от пород, выполняет ещё одну функцию — укрепляет стенки скважины, препятствуя их обрушению, даже если разрабатываются песчаные или глинистые почвы.

Преимущества малогабаритных станков

Портативные буровые установки для бурения скважин используются для разработки колодцев до 200 метров. Такие конструкции имеют малый вес, они легко собираются, разбираются, а также транспортируются. Некоторые из них можно перевозить в прицепе или багажнике автомобиля.

Ещё одним достоинством такого вида оборудования является то, что к рабочему месту её можно доставить вручную и нет необходимости организовывать удобный подъезд. Такие конструкции часто называют переносными. Следовательно разработка скважины выполняется в любых местах, где невозможен въезд тяжёлой техники.

Функционируют переносные устройства для бурения чаще от электрической сети в 220 В. Но есть такие модели, которым необходимо питание 380 В. Они применяются гораздо реже из-за того, что не везде имеется такое питание.

Бурение малогабаритной установкой обходится гораздо дешевле, чем другими видами агрегатов. Сейчас они очень востребованы, благодаря простому и доступному способу применения. Множество фирм предлагают свои услуги по разработке скважин, используя как отечественные, так и заграничные модели. Производство выпускает большое количество разновидностей установок и в продаже можно подобрать относительно недорогое оборудование для водоносных скважин.

Одним из основных недостатков малогабаритной установки является невысокая средняя мощность. Поэтому рабочий процесс будет более длительным по сравнению с крупногабаритной техникой. К тому же производительность установки значительно падает на глиняных и скалистых почвах.

Нужно учитывать, что все качества малогабаритных конструкций: положительные и отрицательные достаточно условны, и рассматривать их следует в соответствии с конкретными целями и условиями эксплуатации. Конструкция у них довольно простая и понятная, но характеристики абсолютно разные: производительность, метод бурения, срок службы, стоимость. Поэтому разработку скважины лучше поручить настоящим профессионалам, ведь процесс бурения имеет множество тонкостей и сложностей, в которых трудно сразу разобраться.

Бурение скальных пород — от 13 000 руб. за смену

Автопарк 16 ямобуров.
Более 200 завершённых объектов

8 (495) 411-27-36

Заказать

Одна из услуг ПСК «Основания и фундаменты» – бурение скальных пород под фундаменты, для прокладки коммуникаций, для геологоразведочных и других целей.

Мы проводим буровые работы в Москве, в Московской области и в других регионах РФ.

Работы выполняются ямобуром с применением пневмоударного, шнекового или колонкового способов бурения. Преимущества бурения нашими ямобурами:

  • Диаметры бурения от 50мм-1500мм.
  • Гарантируем высокую скорость выполнения работ.
  • Техника способна работать продолжительное время.
  • У нас современное специальное оборудование и солидная материально – техническая база.

Планируете бурение скважин в скальных грунтах? Обращайтесь в ПСК «Основания и фундаменты»

Мы выполняем бурение скальных пород и бетона алмазным либо твердосплавным инструментом в Московской области и нескольких других регионах. Мы также выполняем другие виды бурения на любых грунтах и для любых целей:

  • шнековое и роторное для устройства буронабивных фундаментов;
  • устройство водяных скважин на песок и артезианских;
  • бурение лидерных скважин для погружения шпунтов и забивных свай;
  • геологоразведочное;
  • шнековое для установки опор ЛЭП и других инженерных конструкций.

Особенности бурения скальных грунтов

Бурение скважин в скальных грунтах требуется регулярно, поскольку сами эти грунты на территории России встречаются чаще, чем может показаться на первый взгляд. Не только на горном рельефе, практически везде, кроме участков древних платформ, на которых скальное основание глубоко погребено под осадочным чехлом. Еще чаще встречаются крупнообломочные грунты, требующие тех же технологий бурения.

Горная энциклопедия квалифицирует как скалистые те грунты, в составе которых присутствуют твердые породы и минералы – граниты, диориты, диабазы, кварц, изверженные (вулканические) и другие. В основе структуры – кристаллы, размер которых в среднем 20-25 см. Основные достоинства такого грунта – его прочность и устойчивость, главный минус – сложность обработки:

  • поскольку твердость пород, как правило, высокая, для их бурения требуется алмазный инструмент (в некоторых случаях хватит твердосплавного, иногда даже стального, но они быстрее износятся);
  • если строительный участок располагается на сложном скальном рельефе, организовать нормальный подъезд к месту работ не всегда возможно – тогда мы выполняем бурение скальных пород малогабаритной буровой установкой модульного переносного типа;
  • при прокладке коммуникаций могут потребоваться горизонтальные или наклонные скважины – в нашем распоряжении есть станки, способные менять направление бурения.

Требуется бурение скальных пород? Обращайтесь!
Опыт работы — более 10 лет

Способ и инструмент для бурения скальных грунтов – чем мы руководствуемся при выборе?

Предварительный этап работ – изучение материалов прежних исследований района. Далее следуют геологоразведка и пробное бурение. От полученных данных будет зависеть выбор инструмента, типа бурения и определение организационных моментов. Поскольку скальные породы часто бывают прикрыты слоем осадочного материала, инструменты и технологии могут чередоваться в процессе проходки.

Какие физико-химические свойства пород важны для нас на этапе подготовки:

  • плотность, т.е. отношение массы вещества к объему. На скальном грунте этот показатель варьируется от 2,5 до 2,8 г на кубический сантиметр;
  • прочность, т.е. способность породы сохранять форму и сопротивляться воздействию бурового инструмента.

Прочность измеряется в мегапаскалях, варьируется в большом диапазоне. Зависит не только от химического состава породы, но и от ее структуры: например, слоистые грунты имеют разную прочность в зависимости от направления прилагаемого усилия

  • упругость – способность восстанавливать форму после воздействия. К скалистым грунтам это тоже относится – в первую очередь к сланцеватым и слоистым породам;
  • пластичность – способность сохранять форму, приобретенную в результате деформирующих воздействий. Проявляется, когда приложенное усилие превышает предел упругости, но не достигает порога прочности. У скальных грунтов согласно классификации 6 категорий пластичности;
  • ползучесть – одно из проявлений пластичности. Часто проявляется на горном рельефе в результате длительных нагрузок и как следствие гравитации;
  • буримость – техническое свойство, от которого зависит скорость проходки. Для каждого типа бурения есть своя шкала буримости разных пород.

Еще один важный показатель, от которого зависит выбор материала резца – твердость породы. По шкале Мооса она варьируется от 1 до 10.

Твердость нескольких распространенных пород и породообразующих минералов:

  • доломит – 4;
  • апатит – 5;
  • гранит – в среднем 6,5;
  • базальт – от 6 до 7;
  • кварц – 7;
  • корунд – 9.

Твердость режущих инструментов, которые мы используем:

  • стальные – 6-6,5;
  • твердосплавные – 8-9;
  • алмазные – 10.

Кроме физической твердости при воздействии на породу важен также способ обработки. Мы выбираем инструмент и технологию бурения скальных грунтов по совокупности всех факторов.

ГОСТы на бурение скальных грунтов:

  • 25100-2011 – классификация скальных пород;
  • 20276-2012 – методы полевых исследований характеристик грунтов;
  • 5180-84 – лабораторные методы определения характеристик.

Заказывайте услуги ямобур в нашей компании — быстро, качественно, профессионально!

Типы бурения скважин в скальных грунтах

Различают механическое и немеханическое бурение. Первое широко востребовано в геологоразведке и строительстве, второе пока находится преимущественно на экспериментальной стадии. Методы немеханического бурения:

  • термическое;
  • взрывное;
  • электродуговое;
  • плазменное.

Традиционное механическое бурение скальных грунтов включает ударный и вращательный способы. При вращении крутящий момент от двигателя установки передается долоту, которое дробит породу. Для разрушения породы мы используем пневмоударник, для выемки материала из скважины – шнек.

Технология, которую мы применяем чаще всего – колонковое бурение алмазной коронкой. Этим способом возможно, в том числе, бурение скальных грунтов большим диаметром, до 50 см и более.

Наш экскаватор Hyundai R330LC c вибропогружателем OMS OVR 80 S на объекте

Вибропогружение труб ООО «ПСК Основания и Фундаменты»

Работы по извлечению труб вибропогружателем специалистами ООО «ПСК Основания и Фундаменты»

Вибропогружение труб ООО «ПСК Основания и Фундаменты» Вибропогружение труб ООО «ПСК Основания и Фундаменты»

Вибропогружение труб ООО «ПСК Основания и Фундаменты»

Мы предлагаем буровые работы «под ключ»

Специалисты ПСК «Основания и фундаменты» готовы предложить комплексное бурение, а также все сопутствующие строительные услуги:

  • предварительная геологоразведка и гидрогеологическая разведка, исследование грунтов, испытания свай;
  • проектирование и монтаж буронабивных фундаментов;
  • монтаж фундаментов других типов – плитные, ленточные, винтовые и т.д.;
  • диагностика и ремонт старых фундаментов и несущих конструкций;
  • экспертная оценка состояний старых конструкций;
  • демонтаж старых сооружений;
  • устройство буронабивных и шпунтовых ограждений котлованов, траншей;
  • устройство подпорных стен и гидротехнических объектов из буронабивных свай и металлошпунта;
  • работы нулевого цикла строительства – строительное водопонижение, обустройство стройплощадок, подвод коммуникаций и временных дорог;
  • составление сопроводительной юридической и технической документации;
  • предоставление в аренду буровой и другой строительной техники.

О компании в цифрах Завершенных работ Лет опыта День на осмечивание проекта Лет гарантии на работы Регионов, в которых мы работаем

Наши преимущества

  • адекватная цена бурения скальных грунтов и других услуг. Совместно с клиентом мы выбираем самый экономичный для него вариант;
  • большой парк строительной техники – более 15 единиц оборудования;
  • персонал с большим опытом работы;
  • допуски к работам любой степени сложности и ответственности;
  • бесплатные консультации;
  • быстрые сроки;
  • гарантия до 5 лет.

Немеханические способы бурения

Огневой способ. При огневом бурении порода разрушается в результате интенсивного воздействия па неё высокотемпературной газовой струи, вылетающей из сопла со сверхзвуковой скоростью.

При мгновенном нагреве породы в ней образуется поле термических напряжений, вызывающих разрушение поверхностного слоя (на глубину 3.. .5 мм) на отдельные мелкие частицы — чешуйки.

Бурение осуществляется самоходными огнеструйными буровыми станками, имеющими термобур с горелкой. Вращением термобура достигается периодическое нагревание отдельных участков забоя.

Технологические операции выполняются в следующей последовательности: зажигание горелки, бурение, расширение скважин в нижней части и очистка.

При зажигании в камере сгорания огнеструйной горелки смешиваются горючее и окислитель и образуются высокотемпературные газовые струи, которые проходят через сопловой аппарат, приобретая при этом сверхзвуковую скорость.

На производительность станков огневого бурения оказывают влияние температуры истекающих из сопел горелки газов, их скорости, массовые расходы, а также физико-механические характеристики горных пород — минеральный состав, крепость, трещиноватость, упругость и теплофизическис свойства.

Огневое бурение эффективно применять в окисленных и неокислен- ных железных рудах, так как в этих породах и рудах разрушение происходит путём шелушения с образованием мелкой крошки, т. е. без плавления. В других породах из-за низкой скорости бурения и плавления область применения данного способа бурения ограничена и находит применение лишь при бурении 3.. .4 % и пород общего объёма горной массы.

Перспективно применение огневого бурения в комбинации с шарошечным: вначале скважину бурят шарошечным станком, а затем нижнюю её часть (в месте размещения заряда ВВ) расширяют огневым способом. Для бурения скважин по такой технологии применяются термошарошечные станки.

Тепловые потоки создаются горелками ракетного типа, которые работают на смеси керосина и кислорода либо бензина со сжатым воздухом.

На станках огневого бурения в качестве горючего применяют керосин и реже бензин, а окислителя — газообразный кислород или сжатый воздух. Использование кислорода позволяет значительно повысить температуру газов, но обусловливает высокие затраты на бурение (доля затрат на кислород и его доставку достигает 45 %). При этом повышаются требования к технике безопасности.

Рис. 1.42. Буровой станок СБО-160/20: 1 — вентилятор;

с расширителем:

Часто в качестве окислителя широко применяется сжатый воздух, что существенно упрощает организацию огневого бурения и существенно снижает затраты на него.

Шпуры глубиной 1… 1,5 м и диаметром — 50.. .60 мм бурят ручными термобурами с односопловыми горелками. Окислитель — сжатый воздух — подастся в термобур под давлением 50…60 Па от передвижного компрессора. В качесгве горючего нрименяегся бензин.

Ручные термобуры используются также для термического разрушения негабаритных кусков, резания каменных блоков и доработки их поверхности.

Совершенствование станков и повышение эффективности огневого бурения осуществляется в результате:

  • • создания станков комбинированного действия;
  • • комбинированного термомеханического бурения скважин с разрушением пород высокотемпературными газовыми струями и механическими органами;
  • • механического бурения трудногермобуримых пород с последующим расширением скважин воздушно-огневым способом;
  • • разрушения труднотермобуримых пород знакопеременным полем (поочередное воздействие на забой скважины газовой струёй и распылённой сжатым воздухом водой).

На режим термического бурения большое влияние оказывают температура и скорость газового потока. Поэтому регулирование частоты вращения и подачи на забой термобура осуществляется изменением теплового потока.

Оптимальный режим бурения характеризуется минимальными затратами энергии при высокой скорости бурения. Оптимальная скорость вращения термобура составляет 15…20 мин.

Скорость бурения зависит ог расстояния между срезом сопла горелки и забоем скважины. Оптимальная величина находится в пределах 100… 150 мм (при меньшей величине происходит плавление породы, при большей — растекание теплового потока). В сильно нарушенных и трещиноватых породах скорость бурения снижается на 25…30%, поэтому в этих условиях рационально применять горелки с наклонным расположением сопел.

К термическому бурению относится также разрушение пород лазерным лучом в результате их нагревания, создания термических напряжений (шелушения) и расплавления. Лазерный луч получают посредством возбуждения группы атомов в кристалле или газе до их высокоэнергетического состояния, после чего атомы начинают излучать фотоны, образуя поперечный световой луч. Данный способ найдёт широкое практическое применение в случае увеличения выходной мощности лазерной установки и обеспечения безопасности работ. В буровых условиях применяются кристаллические и газовые лазеры.

Плазменный способ — разновидность термического бурения (рис. 1.43) — основан на создании устойчивой электрической дуги между двумя электродами и выдувании её из сопла с помощью давления сжатого воздуха. Источником холодной плазмы является плазмотрон. Струя плазмы создаётся элсктродуговым разрядом и продувкой газа через столб разряда. Для интенсивного разрушения породы оптимальны следующие параметры: температура 5 500…6 000 °С, скорость истечения газов 2 000 м/с. Под действием плазменных струй на горные породы последние быстро плавятся, в результате чего образуется скважина. Скорость бурения по кварцитам в легкобуримых породах составляет до 30 м/ч, в труднобури- мых — от 5 до 10 м/ч. Скважины при этом получаются небольшого диаметра, поэтому в дальнейшем механическими способами их увеличивают до нужного диаметра. Применение лазеров для бурения шпуров и скважин в горных породах считается перспективным.

Современные способы бурения. Разработаны новые, в перспективе более эффективные средства и способы бурения. Физические способы основаны на непосредственном использовании для разрушения горных пород и формирования скважин электрической, электролучевой энергии, энергии взрывчатых веществ, магнитострикционного эффекта и т. д.

Бурение с использованием машитострикциотюго эффекта осуществляется шарошечным станком с наложением на долото вибраций, генерируемых маг- нитостриктором, встроенным в первую штангу бурового става станка. Выполнен он в виде набора системы стержней из ферромагнитной стали, продольные колебания которых происходят под влиянием магнитного поля с частотой генерирующего его переменного тока. С целью обеспечения наиболее эффективного резонансного режима предусмотрено, чтобы период собственных колебаний маг- нитостриктора, определяемый его длиной, совпадал с периодом вынужденных электромагнитных колебаний. За счёт создания физического эффект механическая скорость бурения в горных породах увеличивается в 2-3 раза.

Взрывной способ бурения основан на последовательном многократном взрывании непосредственно на забое зарядов ВВ для разрушения горных пород и формирования, таким образом, скважин без применения механического породоразрушающего инструмента. Длительности и непрерывности данного способа бурения способствуют:

  • • быстрое выделение энергии, создающее в зоне забоя, прилегающей к заряду, весьма высокое поле давлений и скоростей смещения среды;
  • • отсутствие потери энергии на транспортирование зарядов В В к забою скважины и изнашивание породоразрушающего инструмента. При использовании ВВ для бурения не всегда можно получить заданную форму скважин и достаточно мелко разрушенную, легко удаляемую породу. В качестве ВВ используются флегматизированпый гексоген и тротил.

Эффективность разрушения породы при взрывном бурении зависит от бризантности заряда (его плотности и скорости детонации), а также выделяемой при взрыве энергии (удельной теплоты взрыва).

При взрывном бурении по трубам вместе с промывочной жидкостью с большой частотой подаются 50-граммовыс пластикатовыс ампулы с компонентами жидкого ВВ. При взрыве заряда ампулы порода разрушается в результате удара продуктов детонации и гидравлического удара жидкости.

Взрывное бурение с продувкой скважин сжатым воздухом характеризуется следующими показателями: при диаметре буримой скважины 250 мм величина заряда ВВ должна составлять 300 г, средняя проходка за один взрыв — 40…80 мм, а скорость бурения — 30…40 м/ч. Этот способ наиболее перспективен для бурения крепких и крепчайших горных пород.

Кроме того, применяется также способ «струйного» взрывобурсния, при котором заряд ВВ образуется непосредственно в забое путём слияния подаваемых по отдельным трубам (каналам) струй жидких горючего и окислителя. Взрыв инициируется с помощью третьего компонента — специального сплава калия и натрия. Взрывы при данном способе протекают с небольшой скоростью и характеризуются относительно низкой эффективностью разрушения. При данном методе бурения также сложно своевременно удалять образующиеся при взрыве продукты разрушения, поскольку в забой непрерывно подаются струи компонентов жидких ВВ.

На карьерах для бурения скважин предложены два способа взрывного разрушения: патронами твёрдых и жидких ВВ. Скорость бурения достигает 30 м/ч при расходе жидкого ВВ 0,3…0,5 л/м скважины.

В стадии производственного эксперимента находится способ гидробурения, эффективное разрушение крепких пород при котором осуществляется струёй воды, истекающей из сопла со сверхзвуковой скоростью под давлением 10…20 кПа. Давление напора воды устанавливается с учётом физикомеханических свойств горных пород и прежде всего коэффициента крепости. Данный принцип разрушения используется в гидроимпульспом комбайне для скоростного проведения горизонтальных выработок в крепких породах. Гидробурение найдёт широкое применение при разработке россыпей и мёрзлых пород. Сущность гидравлического способа заключается в следующем: в жидкости, заполняющей скважину, при помощи двух электродов создастся разряд; образующийся при этом вакуумный канал затем захлопывается; вокруг разряда возникает ударная волна, которая воздействует на поверхность забоя знакопеременными нагрузками и вызывает’ разрушение породы. Ультразвуковой, электроискровой, электроимпульсный, электрогидравлический способы бурения находятся пока в стадии опытно-промышленного испытания.

Контрольные вопросы

  • 1. Перечислите немеханические способы бурения.
  • 2. Достоинства и недостатки огневого способа бурения.
  • 3. Что такое плазменное бурение?
  • 4. Каковы пути повышения эффективности огневого бурения?
  • 5. На чём основан взрывной способ бурения?
  • 6. Раскройте сущность гидравлического способа бурения.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *