Ударно канатное бурение скважин своими руками

Ударно канатное бурение скважин для хозяйства своими руками

Промышленное бурение скважин для воды стало применяться совсем недавно. До этого повсюду использовалось ручное бурение скважин своими руками, которое состояло в поднятии выработанного грунта ударно-вращательным способом. Это тяжелый физический труд, и в настоящее время ударно канатное бурение скважин применяется везде.

Ударно канатное бурение позволяет пробивать скважины большого диаметра и может применяться для личного хозяйства.

Несложная технология дает возможность бурения скважин своими руками для личного хозяйства, а также в местах, где невозможно применение буровой техники. Канатное бурение позволяет вести строительство скважины совершенно отвесно и на большие глубины. Применив механическую лебедку, можно значительно ускорить строительство.

Технологии ударно канатного бурения

Они дают возможность пробивать скважины глубиной до 70 м и диаметром до 250 мм.

Канатно ударное бурение скважин отличается преимуществами:

• длительный срок эксплуатации скважин;
• возможность строительства скважин большого диаметра;
• герметичность соединений, исключающая возможность загрязнения воды в скважине;
• экономическая эффективность.

Схема установки скважины ударно канатного бурения: 1 – долото; 2 – ударная штанга; 3 – блок; 4 – подвижный захват; 5 – канатный барабан; 6 – барабан для веревки; 7 – электродвигатель; 8 – редуктор; 9 – канат; 10 – веревка.

Технология канатного бурения имеет и ряд недостатков:

• значительное снижение скорости бурения на большой глубине;
• небольшая глубина скважины при бурении сыпучих грунтов.

Проходку скважин ведут 2 способами:

1. Применение различных видов буров, которые круговым движением разрыхляют породу и вытаскивают ее на поверхность.
2. Применение в твердых пластах долота и стаканов различной конфигурации для дробления почвы на куски, которые также подаются на поверхность.

Для ударно канатного бурения необходимы инструменты:

• бурав;
• долото;
• штанга;
• конический или цилиндрический стакан;
• стальной трос;
• канатный замок.

Строительство скважин ударно канатным бурением

Стакан с конической формой крепится на металлический трос, затем поднимается на высоту и резко сбрасывается в скважину.

Простым по своему изготовлению является буровой снаряд Шатца, описанный в начале XX века профессором Скорняковым Е.Е. По его мнению, этим устройством можно пробурить скважину глубиной до 20 м в течение дня.

Вначале ручным буравом делают неглубокую скважину до 1 м. В нее устанавливают столб диаметром в 20 см с твердой фиксацией на поверхности. К столбу крепится перекладина с откосом и блоком. Закрепленным на блоке буравом отмечают центр скважины и начинают проходку специально изготовленным стаканом. Он может иметь коническую или цилиндрическую форму и крепится на металлический трос. Поднимая стакан на небольшую высоту (до 1,5 м), его резким движением бросают в скважину. При ударе о дно скважины стакан захватывает часть грунта. Натягивая трос, заполненный стакан вытаскивается на поверхность.

В зависимости от плотности грунта бур забирает немного почвы или совсем не забирает. Если он плотный, очень сухой и сыпучий, то в скважину доливают воду, чтобы смочить грунт. Или, наоборот, если почва, пропитанная водой, не захватывается, то добавляют сухую почву и немного воды. В таком случае начинают работать цилиндрическим стаканом или желонкой, имеющей специальный клапан для задержания грунта внутри. Желонка может забирать и небольшие камни, которые по своему размеру пройдут в отверстие клапана.

Бурение своими руками скважины – процесс не из легких.

Установка обсадной трубы

Схема установки обсадной трубы.

После проходки ее на глубину до 4 м начинают установку обсадной трубы, которую можно сделать из металла, асбоцемента, пластика или чугуна. Устанавливают 1 – 2 ее звена. Их установка на такой глубине обычно не вызывает затруднений. Отдельные звенья обсадной трубы могут достигать длины в 4 м. Обычно для соединения на них нарезают резьбу или сваривают их. Трубы в 50 мм можно соединить муфтами, а больший диаметр лучше сварить. Для более глубоких колодцев рекомендуется использовать стальные трубы, так как они имеют большой запас прочности и соединить их довольно просто.

При установке обсадной трубы встречаются твердые включения породы. Для предохранения торца трубы от деформации внизу приваривают или крепят резьбовым соединением фрезер или башмак, а сверху для защиты трубы вставляют металлический патрубок. Ее звенья, соединенные между собой, висят свободно на стальном хомуте, удерживающем их. Крепление трубой необходимо при бурении нижних слоев почвы, чтобы пластичные или сыпучие верхние породы не сужали скважину. Сужение затруднит доступ к нижним слоям грунта бурового оборудования.
Ударно канатное бурение можно использовать и при бурении твердых пластов грунта, но для этого необходимо увеличение силы удара. Поэтому производят утяжеление ударной штанги. Она может быть цельной или составной.

Изготовление ударной штанги

Виды долота, применяемые при ударно канатном бурении: а) плоское; б) двутавровое; в) округляющее; г) крестовое.

Для изготовления составной штанги используются цельные стальные болванки, а в штанги для утяжеления заливают бетон. Болванки соединяют фланцами и болтами. Соединение болванок при помощи резьбы не рекомендуется. Практика показывает, что при сильном ударе резьба сминается и дальнейшее их разъединение по окончании работ невозможно. То есть это будет разовый инструмент.
Ударяя о дно скважины долотом, его необходимо поворачивать на небольшой угол, чтобы отрезать часть грунта. Используя простую веревку это сделать невозможно. Для канатного бурения лучше всего подходит металлический трос, с помощью которого создается канатный замок. Между стенками обсадной трубы и буровым инструментом обязательно должен быть зазор минимум в 10 мм. Звенья обсадной трубы при установке обрезают лишний грунт со стен скважины.

Применение расширителя скважин

Установка скажины в твердых грунтах создает строителям трудности проходки.

Универсальным в такой проходке является расширитель скважины.

Схема элементов расширителя для скважины: 1 – верхний фланец; 2 – корпус; 3 – ось; 4 – резец; 5 – подкладка; 6 – пружина; 7 – нижний фланец.

Это специальный буровой инструмент, имеющий 2 резца, закрепленных на оси, и 2 пружины, удерживающие их в нерабочем состоянии. В рабочем состоянии расширителя скважин резцы выступают за пределы стенок обсадной трубы и, срезая грунт, делают скважину нужного диаметра. Для того чтобы опустить расширитель на дно скважины, необходимо отогнуть резцы вниз, сжав находящуюся между ними пружину. При ударе о почву дна пружина выталкивает резцы, устанавливая их в рабочее состояние. Чтобы поднять расширитель из скважины, надо потянуть его вверх. При движении резцы упираются в торец обсадной трубы, проворачиваются по оси вниз. Преодолев сопротивление пружины, расширитель свободно поднимается по трубе на поверхность.

Изготовление канатного замка

Схема элементов канатного замка: 1 – корпус; 2 – шайба; 3 – втулка; 4 – отверстие для выхода воды.

Для очистки корпуса от воды высверливают несколько отверстий. На верхнюю часть замка устанавливают конусную гребенку, которая в аварийной ситуации поможет поднять его специальным ловителем на поверхность. Опорная шайба предохраняет корпус замка от расклепывания при сильных ударах о грунт.

Через втулку протягивают конец троса и разъединяют его на составляющие. Каждую проволоку зачищают и загибают вверх так, чтобы они могли свободно войти в расточку втулки. Протягивают немного трос и заливают легким сплавом металла. После того как он застынет, втулка должна свободно перемещаться и вращаться в корпусе замка.
При поднятии режущего инструмента натяжение троса увеличивается, и он раскручивается, поворачивая долото. При ударах о пласт почвы, когда нагрузка снижается, трос закручивается, поворачиваясь в замке.

Для усиления силы удара о дно скважины нужно оттягивать трос. Для этого устанавливают дополнительную лебедку. На вал редуктора нужно установить небольшой барабан и закрепить на нем один конец капроновой веревки, сделав несколько витков. Второй конец закрепить на тросе. Этой веревкой оттягивается канат, который затем отпускается. Ударная штанга с закрепленным на ней инструментом падает в скважину, срезая часть грунта.

Технология ударно-канатного бурения скважин

Самый простой и приемлемый способ устройства гидротехнического сооружения – ударно-канатное бурение скважин. Главная особенность такого метода выполнения работ состоит в том, что для этого не нужно использовать сложную специализированную технику. Кроме этого, сборка буровой установки выполняется в кратчайшие сроки. Все эти особенности привели к тому, что данная технология очень часто реализуется владельцами загородных участков для выполнения скважины на воду своими руками. С использованием данной методики можно наиболее качественно вскрывать поверхностные водные горизонты.

Описание технологии

Для выполнения работ таким методом необходимо иметь основной набор приспособлений, благодаря которым вы сможете выполнить всё своими руками

Для выполнения работ таким методом необходимо иметь основной набор приспособлений, благодаря которым вы сможете выполнить всё своими руками:

• лебёдка с блоком для подъёма и сброса снаряда;
• бурильная штанга;
• специальный забивной стакан;
• каркас буровой установки;
• трос, который крепится к стакану и лебёдке.

Главный рабочий инструмент в данной технологии – это стакан. Если работы вести своими руками, то его можно сделать из отрезка толстостенной стальной трубы. Это изделие должно обладать достаточно высокой прочностью и значительной массой. При этом нижняя кромка трубы может иметь зазубрины или быть заточенной для облегчения разрыхления породы. Забивной стакан в верхней части имеет специальную наковальню, по которой при помощи штанги производят удары.

По мере забивания стакана в землю в нём накапливается порода, которая удерживается там за счёт силы трения. Периодически стакан необходимо извлекать из забоя, чтобы убрать из него накопившийся грунт. Для этого и нужна лебёдка с тросом.

Ударная штанга позволяет глубже погрузить стакан в породу. Для этого штангу сбрасывают сверху на наковальню. Такие действия повторяют много раз, пока стакан полностью не заполнится породой. После этого его извлекают на поверхность, тщательно очищают от грунта и снова опускают в забой.

Вся процедура повторяется, пока проходка не достигнет водоносного горизонта. Как видите, ударно-канатное бурение скважин – довольно простая технология, которая может быть реализована своими руками. Более того, для работы вам не нужно покупать дорогостоящее оборудование, обычную буровую установку легко сделать своими руками, что позволит вам сэкономить много денег.

Преимущества и недостатки

Особенность технологии позволяет выполнять скважины со значительным начальным диаметром – более 50 см

Ударно-канатный способ бурения скважин, как и любой другой метод, имеет свои достоинства и недостатки. К плюсам данной технологии можно отнести следующее:

1. В процессе выполнения работ можно брать раздельные образцы породы.
2. Особенность технологии позволяет выполнять скважины со значительным начальным диаметром – более 50 см. Для этого необходимо сделать стакан соответствующего размера.
3. Эксплуатировать скважину можно сразу после выполнения работ, поскольку в ходе них не используются промывочные растворы, которые могут загрязнить воду в горизонте.
4. Вскрытие горизонта происходит наиболее качественно (без засорения породой и глиной из промывочного раствора), поэтому вода в источнике сохраняет свои первозданные характеристики.
5. Буровые работы можно с успехом выполнять в галечниково-валунных слоях и породах, впитывающих промывочные жидкости.
6. Поскольку в ходе работ не используются промывочные жидкости и вода, рабочий инструмент не так сильно загрязняется и изнашивается.
7. Данная методика позволяет наиболее быстро и качественно вскрыть и опробовать водоносный слой.
8. Срок службы скважины, созданной таким методом, значительно повышается.
9. В процессе работы можно контролировать уровень воды в различных слоях породы.
10. Экономически высокая эффективность бурения в зимний период.

Несмотря на такой большой перечень достоинств, есть у этой методики и свои недостатки, среди которых можно назвать следующие:

1. Ударно-канатная технология бурение может вестись только по вертикали.
2. При обустройстве скважин значительной глубины в ходе работ могут возникнуть определённые сложности.
3. В песчаных грунтах данная технология бурения не позволяет проводить работы. Даже использование специального инструмента не решает проблемы.
4. Самый значительный недостаток этого метода – низкая скорость выполнения работ.

Используемый инструмент и оборудование

Для работы с понадобятся специальные инструменты

Главные рабочие инструменты и приспособления:

• для разрушения грунта используется долото;
• чтобы извлекать разрушенную породу на поверхность, нужна желонка;
• также необходим бурильный снаряд, который состоит из ударной штанги, специальных ножниц, замка и каната.

Важно: для работы также нужен вспомогательный инструмент. С его помощью производится сборка и монтаж бурового снаряда. Сюда относятся гаечный и рожковый ключ, отвёртка, затяжная трещотка.

Для работы с обсадными трубами понадобятся специальные инструменты, среди которых можно назвать забивную головку, башмак, хомуты и снаряды.

Расширитель

При бурении в твердых породах используется специальный расширитель

При бурении в твердых породах используется специальный расширитель. Он помогает срезать породу со стенок скважины. Расширитель имеет подвижные резцы, которые складываются во время его движения по обсадной трубе. После того, как расширитель достигает нужного места в проходке и соприкасается с породой, резцы открываются благодаря специальному пружинному механизму.

Внимание: когда резцы расширителя срезают породу со стенок проходки, диаметр скважины увеличивается.

Чтобы пройти через промежуточный водоносный горизонт, устанавливают обсадные трубы. Они забиваются ниже водоносного пласта. По мере прохождения этой прослойки производится откачка воды и удаление при помощи желонки со дна проходки смеси грунта с водой. Если будет использоваться забивной стакан, то смеси на дне нужно придать необходимую густоту. Для этого в забой подсыпается почва.

Обсадные трубы

Стенки скважины рекомендуется укреплять обсадной трубой из асбеста, стали или пластика

Стенки скважины рекомендуется укреплять обсадной трубой из асбеста, стали или пластика. Пластиковые изделия самые лёгкие, простые в установке и недорогие. Основное предназначение обсадных труб:

• Эти изделия защищают скважину от осыпания породы со стенок в процессе бурения, сопровождающегося механическим воздействием.
• Не дают воде из вышерасположенных водных горизонтов попадать в скважину.
• Защищают дно скважины от загрязнения в ходе эксплуатации.

Обсадные трубы забиваются одновременно с углубление проходки. Первый участок труб должен быть оборудован расширительным конусовидным башмаком. Чтобы забивной стакан мог свободно перемещаться внутри труб, их сечение должно быть больше его ширины.

С помощью желонки можно вычерпывать жидкость со дна скважины, подавать цементный раствор или производить забор воды для анализа

С помощью желонки можно вычерпывать жидкость со дна скважины, подавать цементный раствор или производить забор воды для анализа при прохождении промежуточного водного горизонта.

Существует три вида желонок:

• Труба с расположенным в нижней части вогнутым или плоским клапаном. Сверху у трубы есть ручка для крепления троса.
• Желонка с поршнем, который всасывает смесь воды и грунта в момент удара штангой.
• Пневматическая желонка, состоящая из двух камер (песчаной и воздушной). Заполнение этого изделия происходит благодаря возникновению в камере необходимого давления.

В свою очередь желонка первой разновидности называется клапанной и может иметь один из трёх видов клапанов:

• С помощью плоского клапана скважину очищают от ила. Он может быть резиновым, стальным или комбинированным.
• Шариковый клапан с приваренными к нему металлическими зубьями может хорошо измельчать породу.
• Карбюраторный клапан.

Особенности бурения в разных грунтах

Технология выполнения буровых работ по данной методике напрямую связана с геологическими условиями

Технология выполнения буровых работ по данной методике напрямую связана с геологическими условиями. Рассмотрим основные этапы и тонкости бурения в песках, глине и гравии.

Для работы в песчаных грунтах и плывунах используется желонка, оборудованная плоским клапаном. При этом стенки проходки одновременно укрепляются обсадными трубами.

В чистом и водоносном песчаном грунте применяются желонки с укороченными ударными штангами. Технологические особенности работы в таких породах требуют сократить до минимума частоту ударов.

Важно: строжайше запрещено опускать изделие ниже зафиксированного башмака обсадной колонны более чем на 0,5 м. В противном случае может произойти обвал с захватыванием в процесс и самой желонки.

При бурении в песчаной породе происходит заполнение желонки смесью песка и воды. Важно следить, чтобы желонки не переполнялись. Иначе порода перебросится наверх и приведёт к заклиниванию изделия. При работе в плывунах стараются как можно быстрее провести весь процесс без остановки.

Для выполнения бурения в галечниковой или гравийной породе используется двутавровое долото. В этом случае подходит только желонка, имеющая плоский клапан, а также низко посаженный башмак.

Когда глубина проходки достигает 15 м, может использоваться любая подходящая желонка. Бурильный станок можно применять при бурении в гравийно-песчаных грунтах. При этом желонка может быть без клапана.

В вязкой глине работу ведут при помощи долота с приваренными на конце лопастями, от чего изделие приобретает крестообразную форму. При работе с помощью такого инструмента в скважину доливают пять литров водного раствора. Сама процедура бурения продолжается не больше нескольких минут, после чего при помощи долота удаляется скважинный шлам.

Важно: если на пути проходки встречаются валуны, их дробят при помощи утяжелённого долота.

Ударно канатное бурение скважин

Самым простым и доступным способом создания скважин считается ударно-канатное бурение. Его особенность заключается в том, что операции можно производить без привлечения тяжелой спецтехники. Монтаж установки осуществляется самостоятельно в короткие сроки. Ударно канатный способ является самым популярным способом бурения, позволяющим вскрывать поверхностные водоносные пласты.

Данной технологией бурения пользовались еще в древности. Упоминания о ней можно встретить в трудах Конфуция. Сегодня для того, чтобы приступить к работе, необходимо располагать следующим набором приспособлений и инструментов:

Основным элементом считается забивной стакан. представляющий собой отрезок стальной трубы, скошенный вовнутрь, имеющий прочную нижнюю режущую кромку. Сверху забивного стакана идет наковальня. По ней производит удары штанга. Опускание и подъем забивного стакана осуществляют с помощью лебедки. Порода, которая попадается в стакан, удерживается в нем за счет силы трения. Для того чтобы проникнуть в грунт максимально глубоко используют ударную штангу – ее бросают на наковальню. После заполнения стакана грунтом его поднимают наверх, после чего очищают. Операция повторяется до того момента, пока не будет достигнута необходимая глубина скважины.

Чаще всего забивные стаканы применяют на глинистых, мягких несыпучих почвах.

Бурение скважины на сыпучих грунтах производится с использованием желонки. Последняя представляет собой стальную трубу, на нижнем конце которой установлен задерживающий капан. После попадания желонки в почву, клапан открывается, и грунт попадает внутрь трубы. При подъеме конструкции происходит закрывание клапана. После извлечения на поверхность желонка очищается, и операция повторяется снова.

Для того чтобы предотвратить обсыпание скважины во время бурения применяют обсадные трубы. Их забиваются по мере углубления. Причем первый фрагмент обсадной трубы обязательно оборудуют расширительным башмаком конусной формы. Стоит отметить, что диаметр обсадных труб обязан превышать диаметр забивного стакана, для того чтобы ствол стакана мог беспрепятственно перемещаться внутри.

Для создания скважин на каменистых твердых грунтах используют долото. Под его ударами происходит измельчение твердой породы, которая в дальнейшем извлекается на поверхность с помощью желонки. При установке обсадных труб на таком грунте должен использоваться расширитель. Это позволит обеспечить конструкции необходимый диаметр.

При прохождении промежуточного водоносного пласта также применяют обсадные трубы. И забивка производится в слой грунта, рассоложенный ниже уровня водоносного пласта. Далее осуществляется откачка скопившейся жидкости и очищение дна скважины от смеси грунта и воды с помощью желонки. Если осуществляя ударно-канатное бурение скважины своими руками, вы используете забивной стакан, то перед тем как приступить к очистке дна, следует подсыпать грунт, для того чтобы получить более вязкую массу.

Во время проведения операций по бурению особое внимание следует уделить вертикальности скважины. Даже небольшое искривление может стать причиной того, что в источник перестанут опускаться обсадные трубы, и работа остановится. Рекомендуется работать забивным стаканом, длина которого составляет не менее 2-ух метров. Это облегчит задачу сохранения вертикальности скважины.

Видео инструкция — ударно конатное бурение своими руками

Особые требования предъявляются к прочности троса. От того, насколько он надежен, зависит, выдержит ли он нагрузку при заклинивании забивного стакана. Лучше всего использовать стальной трос, диаметром не менее 12 мм.

К неоспоримым преимуществам ударно-канатного способа бурения скважин можно отнести:

• значительный срок службы скважины;
• возможность создавать источники большого диаметра;
• отсутствие риска попадания примесей в воду во время бурения;
• возможность контролировать водоносность горизонта и уровня воды;
• экономическую эффективность бурения в зимнее время года.

К недостаткам относят:

• ограничение глубины пробивания скважин на сыпучих грунтах;
• низкую скорость прохождения пород при бурении скважин на значительную глубину.

При проведении ударного бурения следует строго придерживаться правил безопасности.

Источники: http://moyaskvazhina.ru/burenie/udarno-kanatnoe-svoimi-rukami.html, http://vodakanazer.ru/vodosnabzhenie/skvazhiny/udarno-kanatnoe-burenie.html, http://aquagroup.ru/articles/udarno-kanatnoe-burenie-skvazhin.html