Бурение скважин ударно канатным способом технология

Ударно-канатный способ бурения скважин

Ударно канатное бурение — это метод бурения, при котором разрушение породы происходит многократно повторяющимися ударами.

Закрепленный тросом к лебедке буровой инструмент под силой свободного падения разрушает породу.

Технология ударно-канатного бурения скважин известна с 1100 года до нашей эры и успешно применяется на протяжении всей истории в Китае, Европе, Америке и в других странах. Вплоть до середины 40-х годов ударно-канатное бурение являлось основным способом бурения скважин на воду. Позже от него начали отказываться в пользу более современного и технологического вращательного метода бурения.

В Китае известны скважины глубиной более 1200 метров, при их бурении применялись инструменты из бамбука и ручной труд. Сегодня применяемый для бурения инструмент можно дешево изготовить своими руками из местного металолома.

Суть метода

В зависимости от сложности грунта используется различный инструмент. Для разрушения твердых пород, валунно-галечниковых отложений используется тяжелое долото, затем разрушеная порода транспортируется на поверхность с применением желонки или забивного стакана. Забивной стакан можно использовать и без предварительного разрушения породы, при подходящих условиях.

Чтобы не допустить обрушение стенок в процессе бурения, при необходимости, скважина обсаживается обсадной трубой.

Используемый инструмент

Долото

Используется для разрушения породы.

Наиболее распространенное и простое в сборке крестовое долото. Корпус изготавливается из тяжелой твердой стали, которую можно найти на свалке. Штанга может быть изготовлен из автомобильной оси, а зубья — из листовых рессор легкового или грузового автомобиля.

Желонка

Используется для транспортировки жидкости из скважины, песка и буровой грязи. Применяется в несвязных грунтах и плывунах, а также для очистки скважины. Представляет собой обсадную / колонковую трубу в нижней части с резьбой, куда накручивается сменный башмак с клапаном. В верхней части присоединительный элемент для соединения с ударной штангой.

Изготовление желонки своими руками

Можно изготовить желонку своими руками следуя иллюстрациям:

Стакан забивной

Используется для бурения с отбором образцов столбиков керна. Представляет собой трубу со сменным режущим башмаком в нижней части, башмак с клапаном или без. На боковой поверхности выполняется прорезь для описания образцов нетронутого керна. В верхней части присоединительный элемент для соединения с ударной штангой.

Ударная штанга

Используется для увеличения силы удара и сохранения прямолинейности скважины. Обычно имеет следующие размеры — Длина: 2000, 4000, 6000 мм, диаметр от 110 до 220 мм, масса конструкции 180-1300 кг.

Преимущества и недостатки ударно-канатного бурения

В сравнении с другими способоми удрано-канатное бурение имеет ряд преимуществ и недостатков.

Источник

Ударно-канатное бурение своими руками: технология и способы

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.

Источник

Что такое ударно-канатное бурение скважины: достоинства и недостатки

Лучший способ создания скважинной шахты для воды — это ударно-канатное бурение. Дачникам под силу выполнить работы своими руками. Для правильного проведения процедуры потребуется подробная инструкция.

Бурильный инструмент

Метод базируется на дроблении грунта. После разрушения частицы породы извлекаются из котлована. Работы выполняются специальным буровым снарядом Шитца. Существует несколько вариантов рабочего инструмента:

1. Для формирования котлована под скважину в почвах, состоящих из влажной глины или песчано-глиняной смеси, бурильная установка оснащается забивным стаканом. Для его изготовления применяется фрагмент трубы соответствующего сечения.
   Заостренный конец рабочего органа легко разрушает грунтовые пласты. В некоторых исполнениях торец инструмента дополняется острыми зубьями. Частицы раздробленной породы на стенках стакана извлекаются из скважинной шахты.
2. В сыпучих почвах для ударно-канатного способа бурения скважин в качестве снаряда используется желонка. Конструкция представлена фрагментом трубы, на конце которой установлен особый клапан. Предохранительное устройство удерживает разрушенный грунт внутри рабочего органа при извлечении на поверхность.
3. В твердых каменистых породах предыдущим инструментам сложно справиться с дроблением. Поэтому буровая установка оснащается шарошечным долотом. Такая методика ударно-канатного бурения скважин своими руками практикуется и в плотных почвах, состоящих из известняка.

Кроме рабочего инструмента в конструкцию оборудования включается лебедка, с помощью троса закрепленная на специальной треноге. Таким подъемником ударный снаряд извлекается из забоя.

Особенности бурения по различным грунтам

Для разных типов грунтовых пород ударно-канатного бурения скважин технология отличается. Рабочий орган подбирается в зависимости от физических характеристик разрушаемой почвы. В некоторых случаях приходится комбинировать ударный инструмент. Рассмотрим методику подробнее:

1. При пробивке скважинного котлована в песках или плывунах допускается применять плоскую желонку. Она свободно разрушает рыхлый грунт и извлекает на поверхность. Обязательное требование для создания шахт в таких неустойчивых породах — обсаживание ствола, предотвращающее обрушение стенок. Нежелательно поднимать снаряд выше 0,5 м над обсадной трубой. Нарушение условия приводит к перекосу и заклиниванию колонны в шахте.
2. Двутавровая конфигурация долота используется для дробления гравийных горизонтов и галечных пластов. Выемка производится желонкой с плоским клапанным механизмом.
3. Для вязких грунтов, представленных пластичными глинами, рекомендуется применять ударный инструмент специфической конструкции. Усовершенствованные плоскостные снаряды или выполненные в форме двутавра долота дополняются крестообразными деталями.

Трудно разрушаемые валуны или крупные камни способны помешать вертикальному прохождению шахты. В таких случаях выработку приходится переносить в другое место. Справиться с дроблением породы повышенной твердости можно с помощью утяжеленного долота.

Трещиноватые пласты склонны к осыпанию. Для предотвращения обвалов ударное бурение скважин необходимо проводить с предельной осторожностью, контролируя параллельную обсадку стенок шахтного колодца.

Обсаживание стенок скважин

Некоторые загородные участки в Москве и пригородах располагаются на сыпучих рыхлых грунтах. Нестабильность породы может привести к обрушению выработки. Работы придется прекратить и перенести котлован в другое место.

Альтернативный вариант — одновременно с бурением скважины проводить обсаживание стенок. Технология заключается в укреплении ствола специальными обсадными трубами. Изделия выпускаются в 2 модификациях:

1. Муфтовые. С обеих сторон оснащаются резьбой. Фиксация выполняется резьбовым соединением с помощью муфт с внутренней нарезкой.
2. С высаженными концами. Для стыковки не требуются дополнительные крепежные элементы или особые фитинги. На одном из торцов производится высадка — увеличение сечения на толщину стенки за счет уширения путем нагревания. Она оснащается внутренней резьбой. На противоположной стороне выполняется наружная нарезка. Фрагменты колонны стыкуются ввинчиванием.

Некоторые владельцы загородной собственности применяют для обсаживания ствола трубы из ПВХ. Изготовители оснащают пластиковые изделия крепежными элементами.

Скважина на участке

При строительстве гидротехнического сооружения главное условие — выяснение геологических характеристик участка. Это позволяет определить:

• наличие водоносных пластов, доступных для бурения;
• физические свойства грунтовых пород;
• вид бурового инструмента;
• длину обсадной колонны, зависящую от глубины и направленности скважинной шахты.

После геологического обследования местности владелец принимает одно из решений:

• арендовать УКБ бурильный буровую установку канатного бурения и выполнить работы своими силами;
• нанять специализированную бригаду.

Для самостоятельных действий можно изготовить треногу собственной конструкции. Треугольная пирамида выполняется из подручных материалов — деревянных брусьев или металлического профиля. Потребуется запастись подъемным механизмом для опускания в скважину обсадной трубы и манипуляций со снарядом. Высота вышки для бурения определяется размером единичного фрагмента обсадки.

Порядок выполнения работ

Начинать рекомендуется с подготовительных мероприятий. Первый этап — формирование площадки для монтажа треноги. Необходимо выкопать небольшой котлован размером 1,5х1,5 м и глубиной до 2 м. В этот приямок впоследствии устанавливается самодельная буровая вышка. Щитовые дощатые конструкции, закрепленные на стенках шурфа, предотвращают обвалы сыпучих пород, содержащихся в поверхностных пластах.

Следующий шаг — установка на подготовленной площадке треноги, выполненной своими руками. На вершине треугольной пирамиды монтируется лебедка с тросом, на котором закрепляется ударный инструмент. Обязательным условием является вертикальная ориентация конструктивных деталей бурильного оборудования. Малейшие отклонения не позволят установить в пробуренной шахте обсадную трубу.

Последующие работы по бурению скважин ударно-канатным способом выполняются по следующему алгоритму:

• с двухметровой высоты самодельный забивной стакан с помощью ударной штанги погружается в грунт, разрушая его;
• лебедкой или колодезным воротом рабочий орган поднимается на поверхность, извлекая раздробленные частицы почвы;
• снаряд освобождается от разрушенных грунтовых фрагментов, и процедура повторяется циклически;
• в зависимости от характеристик породы буровой инструмент заменяется желонкой или долотом.

В некоторых случаях поверхностные пласты увлажняют, поливая выработку водой. В других ситуациях в забой подсыпают сухой грунт.

Недостатки и преимущества процесса

Дачники, выбирающие для строительства гидротехнических сооружений на своих участках технологию ударно-канатного бурения, руководствуются преимуществами способа. К ним относятся:

• возможность получения в процессе работ раздельных образцов грунта для геологической экспертизы местности;
• сокращенные сроки последующего обустройства скважин, позволяющие начинать мероприятия сразу по завершении бурильной процедуры;
• методика не требует применения промывочной жидкости, что упрощает технологию бурения и уменьшает трудоемкость процесса;
• возможность создания шахты большого диаметра, от 0,5 м и более;
• сохранение первоначального вида водоносного горизонта, выраженное отсутствием загрязнений при использовании оборудования;
• способ позволяет пробуривать скважины в породах повышенной твердости, содержащих крупные валуны и галечные включения, и в грунтах, впитывающих промывочную жидкость;
• упрощенная технология допускает выполнение полного объема работ своими силами, что сокращает расходы на оплату специализированных бригад;
• возможность эффективного и быстрого вскрытия с последующим испытанием водоносного горизонта.

При массе достоинств технология бурения ударно-канатным способом имеет свои недостатки. Среди них:

1. Обязательное требование — вертикальная ориентация при установке оборудования. Отклонения недопустимы, поскольку препятствуют правильному монтажу обсадной трубы.
2. Невысокая скорость работ. При необходимости срочного строительства скважины придется применить другой способ бурения.
3. Ограниченная длина скважинного шурфа. С углублением шахты производительность снижается.
4. Избирательность метода. Ударно-канатная технология доступна не для всех типов пород. В песчаных грунтах повышенной сыпучести она не применяется.

Перечень преимуществ превышает количество недостатков. Поэтому в подходящих почвах выбор очевиден.

Источник