Простой способ позволяет своими силами создать водоносный колодец малой глубины, для облегчения труда используют небольшие технические приводные приспособления. Чтобы воспользоваться такой технологией, как шнековое бурение скважин на воду, важно понимать различие, целесообразность применения инструментария для ручного или механизированного создания источника, в том числе оптимальность планирования водозабора в конкретных ситуациях.
Шахта, пробуренная в земле, имеющая форму цилиндра и обладающая незначительным поперечным сечением большой протяженности, «складывается» из начала (устья), боковых поверхностей (стен) и донной части (забоя). Подходящий способ добычи воды выбирается с учетом функционала, глубины ствола, диаметра, при учете физических и механических свойств почвы, прохождение сквозь слои которой происходит в момент создания водозаборного колодца.
Важно учитывать конкретные условия каждого участка для использования оптимального способа вододобычи. Проектирование и работы должны ориентироваться на длительную эксплуатацию источника. Стабильный, уверенный дебит и хорошая водопроницаемость пласта, примыкаемого к стволу, сохраняемые на протяжении длительного времени, являются важным фактором долгосрочного использования.
Работы состоят из нескольких этапов:
- Частицы отделяются от массива в момент разрушения пласта.
- Отработка поднимается на поверхность.
- Ствол чистится и обустраивается, производится промывка выработки для последующего водозабора.
Сложность выполнения этапов зависит от плотности грунтового слоя, его пористости, влагопроницаемости, густоты и насыщенности глинистых отложений. При прохождении скальных участков, отличающихся монолитностью, шнековое бурение скважин на воду не применяется. Прочность консолидации минеральных породных зерен такова, что разрушить кристаллическую решетку галечно-валунной массы весьма сложно, наличие каменных прослоек требует другого инструментария.
Шнековое бурение скважин на воду: плюсы и минусы метода
Шнековое бурение скважин на воду востребовано в строительстве как гражданском, так и промышленном. Важной особенностью метода является удаление раздробленной массы при помощи деталей бурильного снаряда, без использования промывочной жидкости и газожидкостных смесей. Оптимален для засушливых или низкотемпературных регионов, так как не требует использования жидкости для промывки пробуренного участка.
Наиболее востребован при:
- обустройстве индивидуального водозабора;
- использовании винтовых или буронабивных свай при возведении фундамента;
- монтаже ограждений / опор из железобетона;
- бестраншейном способе прокладки инженерных коммуникаций;
- создании колодцев небольшой глубины и приямков.
Основным минусом шнека считается его невозможность пробурить канал в скальных (высокотвердых) породах. Прохождение механизма сквозь абразивные участки приводит к быстрому износу оборудования, сложности могут возникать и при проходке суглинистых прослоек (полутвердых / твердых) и глины с примесью известки. Вторым серьезным недостатком является ограниченность глубины выработки, ограниченной восьмьюдесятью метрами.
Типы буровых проходок
Следует различать воздействие, направляемое строго по вертикали / горизонтали. Вертикальная метода используется при обустройстве водоносной подземной конструкции. Горизонтальное прохождение распространено для прокладки коммуникаций вне траншей.
Благодаря вертикальной проходке наконечник на высокой скорости заглубляется максимального значения, одновременно формируя «колодезные» стенки за счет установки внутри колонны обсадных труб. Достоинством можно считать большую производительность при одновременной транспортировке разбитой грунтовой массы наружу без необходимости осуществления подъема инструментов.
Шнеком называется бурильная труба высокой прочности с навитой на него спиралью, функционирующую как вертикальный винтовой транспортер. «Вгрызаясь» в землю, снаряд бурового агрегата с высокой нагрузкой по оси разрезает и разрыхляет слои почвы на своем пути. Перемолотый грунт за счет центробежной силы подается на спиральную часть устройства и поднимается на поверхность, снижая трение разрушенной грунтовой массы о стенки. Измельченная масса поднимается на поверхность, удаляясь из устья. Объем ненужного грунта составляет чуть меньше половины пространства между витками в случае, если транспортировка не затруднена высокопрочными включениями.
Используемые при шнековом бурении скважин на воду технические параметры обеспечивают скоростной подъем по колонне размолотой грунтовой массы. Часть мелкого грунта, сильно врыхленного винтовыми лопастями, все равно срывается, осыпаясь вниз. Поэтому по окончании буровых операций необходимо выполнить усиленную прочистку и промывку.
Направление проходки по горизонтали востребовано при прокладке коммуникаций инженерного типа с различным функциональным назначением. Используются при формировании специализированных тоннелей под лесными густыми массивами, автомобильными магистралями и путепроводами железных дорог.
Чтобы пробурить горизонталь, копают два одноуровневых котлована – на старте и близ точки выхода. В первый (стартовый) рабочий котлован помещается оборудование, характеризующееся большим ходом осевой трубы и имеющее головку из высоколегированной износостойкой стали. Поверх монтируется зонд-датчик, контролирующий процесс прохождения препятствия. Сигналы выводятся на экран монитора, давая оператору возможность наблюдения за ходом работ, корректировки хода и угла наклона.
Как только рабочая винтовая часть механизма оказывается в выходном (приемном) котловане, наконечник демонтируется, а на его место фиксируется расширитель. Когда лопасти начинают вращаться в обратную сторону, они затягивают трубу внутрь. Когда бурильный этап заканчивается, оборудование извлекается их котлована на первой, начальной позиции.
Удобство бестраншейного метода дает возможность прокладывать трубы под любыми коммуникациями, расположенными ниже слоя расположения грунтовых вод, но не более 80 м в длину. Преимуществом считаются минимизация времени проведения монтажа и сокращение необходимого финансирования минуя трудоемкий подготовительный этап подготовительных мероприятий для создания траншей.
Востребованность этого типа проходки высокая, особенно, в условиях укладки напорного трубопровода, монтировании коммуникаций связи на участках, не позволяющих произвести операции иными способами. Экономическая выгода бестраншейной прокладки заключается еще и в том, что не требуется создавать бентонитовые или иные полимерные конструкции для поддержания устойчивости в зоне выработки.
Специфика работы в породах разной прочности
Существует всего два технологических базовых параметра:
- нагрузка на ось;
- частота и скорость вращения винтовой части транспортера.
Чем тверже становится породные слои, тем выше – осевая нагрузка. Параллельно с увеличением нагрузки повышаются скоростные показатели, способные привести к нештатным аварийным ситуациям. Именно этот фактор требует повышенного внимания к объему породы, отделяемой за контрольный промежуток времени. Несоблюдение максимальной пропускной возможности транспортера приводит к образованию пробок на рабочих витках.
- Глиносодержащий грунт и среднеплотный песок (в т.ч. рыхлый), обладающие пластичностью, не нуждаются в дополнительной нагрузке по оси. Агрегат погружается в землю под воздействием собственного веса, увеличенного реактивным усилием, формирующимся в момент подачи разрушенной породы к стартовой точке выработки.
- Нагрузки на ось до 5кН возникают при начальном этапе формировании ствола в прослойках супесей и суглинков, различных глин, среди аргиллитов и алевролитов. Угловая скорость вращения обязана не выходить за пределы диапазона 1,7…3, 3 с-1. Превышающие рекомендованные показатели частоты вызывают нежелательные вибрации, нарушающие соединительное крепление звеньев цепи. Дефект чреват заклиниванием снаряда буровой установки в забое без возможности подъема его на поверхность, повторной необходимостью создания выработки «с нуля». Малые же частоты затрудняют подъем отработки.
- Гравийсодержащие или щебнистые почвы, мерзлые суглинки, пески с высокой долей водонасыщенности и алевролиты с кварцевыми прожилками усиливают нагрузку на долото до 8-10 кН, повышая частоту вращений до диапазона от 1,3 до 2,2 с-1.
Галечные и включающие в себя валуны породы не пригодны для шнекового бурения скважин на воду. Для окатанных обломков скального типа, разбитых долбящим инструментом, подъем осуществляется желонкой. Песчаники разной степени плотности / водонасыщенности, щебнистые (гравийные) отложения требуют инструментария, способного работать на высоких оборотах при параллельном укреплении шахтовых стен обсадными элементами. Во избежание проблем рекомендуется снижение скоростного режима до минимума, расхаживание колодца, добавления в ствол воды. Также с проблемой справляются путем периодического подъема бурового агрегата наружу с целью освобождения и очищения от налипающего на винты суглинка.
Рабочий инструментарий
Оборудование для шнекового бурения скважин на воду конструктивно различается по количеству витков и внешнему виду режущей кромки. Твердые и полутвердые породы требуют усиления края снарядов для буровых дополнительными прочными резцами. Когда по мере разработки осадочных пород необходимо увеличить заглубление, на стартовый шнек наращиваются буровые штанги. После этого снаряд извлекается на поверхность через каждые полметра с целью очистки винтовых лопастей и шахты. Это трудозатратный, хотя и весьма экономный способ создания водозаборного колодца.
Разбуривание галечника и камней среди осадочного грунта применяют ударно-канатную методику с использованием долото из высокопрочной стали. Острой стороной бур кидают в забой раза за разом, до полного разрушения преграды. Осколки преграды извлекаются желонкой либо колонковой трубой, возвращаются через короткие промежутки времени к шнеку. Прохождение выработки предполагает использование комплекса буровых технологий.
Снаряды, имеющие лопасти, развернутые относительно ствола под углом не менее 30 и не более 60 градусов, используются для прохождения мягкой почвы (пески, суглинки), до 90 градусов – для глиносодержащих пород высокой степени связанности. Спираль создают за счет наматывания стальной полосы полусантиметровой ширины и высокой прочности на оправку винта. После завершения растяжки на стержне лента приваривается.
Способность шнека к извлечению отработанной земли уменьшается по мере увеличения диаметра основной трубы. Диаметр изделия большой длины ограничивается прочностью и технологией производства шнека, имеющего две разновидности:
- полые, с отверстием по центру;
- утяжеленные, не имеющие отверстия.
В целях снижения износа транспортера от трения винта по абразивным стенкам, наружная кромка дополнительно оборудуется стальной полосой либо наплавленным металлическим слоем. Высокоскоростные параметры механизма и необходимость облегченного перетирания грунта приводит к установке специального переходного устройства, имеющего двузаходную стальную навивку над снарядом.
Труба, оканчивающаяся спиралью с выполненной навивкой, имеет приваренные соединительные элементы. Они бывают без резьбы и с резьбой. Если безрезьбовые крепятся фиксационными металлическими пальцами в муфтовых замках, то резьбовые ввинчиваются друг в друга. Резьба создает целостную колонну, позволяя механизировать и сделать простым соединение/разъединение шнеков во время выполнения операций по спуску/подъему и подаче воды в забой. Минусом резьбового соединения считается невозможность вращения в обратную сторону, в результате чего безрезьбовая версия более распространенная.
Бурильная установка содержит шнеки различного диаметра.
Полые стержни, имеющие винтовую поверхность вдоль оси, востребованы при:
- ввинчивании в пласт с проведением последующего продувания;
- удалении образующейся жидкости;
- монтаже заряда;
- закачивании бетонного раствора в полости свайной конструкции;
- создании обсадных колонн.
Центральная часть канала, пробуриваемого методом сплошного забоя, перекрывается снарядом, укрепленным на тросе.
Буровые установки
Шнековое бурение скважин на воду позволяет задействовать:
- механизированную технику;
- ручные инструменты.
Простейшим механизмом считается земляной бур, в конструкции которого присутствует труба, имеющая нож винтообразной формы и Т-образную, жестко фиксированная ручка. Его ввинчивают в землю как штопор. Углубляясь, части конструкции наращивают дополнительными элементами — штангами. Такие ручные буры всегда разборные для удобства перевозки в легковой машине и вариаций на тему необходимой глубины буровой шахты. Простота инструмента позволяет создать шахты до двух метров глубины при диаметре, не превышающем 20 см.
Используются мотобуры с бензиновыми или электрическими силовыми установками. Состоят они из двигателя, оснащенного редуктором, и шнека. Моторный вал, вращаясь, заставляет двигаться винтового транспортера. Приводной инструмент, оснащенный наращиваемыми буровыми штангами, позволяет заглубляться на 25 метров. Получаемые ствол имеет до 30 см в диаметре и пригоден для монтажа опор под столбы освещения, ограждения, создания шурфов для визуализации состояния фундаментов.
Мобильные установки – станки малых размеров с бензиновыми или электрическими моторами. Они позволяют быстро подготовить множество ям под опоры либо колодцы разного назначения. Агрегаты часто изготавливаются как прицепы к легковым автомобилям для облегчения транспортировки до места работы.
Специальное оборудование на тяжелой технике используется в промышленном и гражданском строительстве, создавая выработки значительной глубины.
Шнековое бурение скважин на воду позволяет быстро, за короткий срок создать колодец водозабора. Разрушение и поднятие отработки с забоя вовне осуществляется непрерывно, параллельно с движением бура. Метод пользуется популярностью, экономя время, усилия рабочих и вложенные в строительство средства.