Ударно-канатное бурение своими руками: технология и способы

Ударно-канатное бурение представляет собой технологию устройства источников водоснабжения путем внедрения в выработку разрушающего инструмента с высокой начальной скоростью и большим запасом кинетической энергии. Работы могут выполняться как механическим способом, с применением буровых станков, так и своими руками. Ручной метод оборудования скважины применяют в случае небольшого объема работ, в мягком грунте, при вскрытии безнапорных водоносных слоев.

Установка для ударно-канатного бурения.

Бурильный инструмент

Инструменты, применяемые в процессе производства работ, подразделяются на технологические и вспомогательные.

Технологическая оснастка — это приспособления, с помощью которых буровым станком выполняется разрушение породы и извлечение ее на поверхность. Комплект специальных деталей, соединенных в заданной последовательности, образует буровой снаряд. Масса ударного снаряжения зависит от крепости разрабатываемой породы.

В стандартный набор входят:

• долото;
• раздвижная и ударная штанги;
• желонки или стаканы;
• канатный замок;
• желоночное ушко.

Вспомогательный инструмент необходим для обслуживания основного оборудования в процессе бурения скважины.

К нему относятся:

Конструкция установки.

• канат стальной;
• комплект приспособлений для работы с обсадными трубами (башмаки, хомуты, забивной снаряд и др.);
• гаечные и разводные ключи.

Ударные долота предназначены для разрушения грунта в забое и для зачистки стенок скважины. Штанги применяют для увеличения веса бурового снаряда и удержания вертикального уровня выработки.

Замки канатные и переходники служат для сборки отдельных элементов в единый рабочий орган установки.

Желонки с клапаном плоской формы предназначены для удаления из выработки породы, размельченной долотами, а также для бурения в мягких слоях почвы. Для вязких глинистых пластов такой метод не подходит, в этом случае применяют желонки без клапанов (стаканы).

Стаканы имеют 1 или 2 продольных разреза для очистки приспособления от налипшей почвы. В нижней части приспособления размещается насадка, оснащенная рабочим кольцом с алмазной режущей кромкой.

Особенности бурения по различным грунтам

Метод механического бурения заключается в разламывании породы, подъеме ее наверх и укреплении стенок выработок. Грунтовый пласт в забое разрушают ударами, резанием, сколом или комбинированным способом.

Эффективность разлома породы и производительность бурения зависит от:

• веса сбрасываемого снаряда;
• высоты падения;
• количества ударов в единицу времени;
• прочности проходимых пород;
• типа и качества режущей части долота.

Для твердых пород используют тяжелый груз.

Для разрушения твердых пород применяют тяжелый инструмент при незначительной высоте подъема и наибольшем количестве ударов. При проходке мягкой почвы требуется небольшое орудие, большая высота сброса и малое количество ударов.

Вязкие и крепкие породы следует пробивать в два подхода: разрушение выполняется с помощью долота, раздвижной и ударной штанг, а выемка шлама из выработки производится посредством желонки с клапаном.

Рыхлые почвы проходят одной желонкой, которая в процессе работы заполняется грунтом. После прохождения намеченного участка устройство поднимают из скважины, очищают и вновь опускают в забой.

Шлам доставляют на поверхность двумя способами: сухим (при помощи конвейера или сжатого воздуха) и гидравлическим, при котором порода вымывается водой, подаваемой в выработку под большим давлением.

Обсаживание стенок скважин

Обсадная труба.

При использовании всех механических и ручных методов бурения стенки выработки укрепляют обсадными трубами (Ø 50-200 мм). Звенья конструкции соединяют ниппелями или муфтами. Верхний конец профиля оборудуют защитным патрубком, а низ колонны — алмазной коронкой, облегчающей установку сооружения.

Последовательность проведения работ:

1. Вначале нужно проверить комплектность труб, измерить их, пронумеровать и сложить по порядку.
2. Перед спуском с верхнего конца сегмента следует снять предохранительные кольца, зачистить и смазать соединительную конусную резьбу.
3. Установить первую секцию, затем нарастить и опустить следующую трубу в муфту предыдущего сегмента при строгом соблюдении соосности и вертикальности конструкции.
4. В случае принудительной установки обсадных профилей на верхнюю соединительную муфту наворачивают предохранительную насадку и с помощью забивной бабы равномерными ударами по этой головке вколачивают всю колонну в скважину.

Заканчивать монтаж секций необходимо посадкой обсадных труб на 2-3 м в глубь целикового грунта. Такой прием защитит внутреннюю поверхность скважины от попадания в нее песка и вышележащих почвенных вод.

Скважина на участке

Принимая решение о бурении скважины, нужно удостовериться в наличии воды на участке, установить глубину расположения водоносного слоя, определить количество и качество доступного ресурса. Для того чтобы получить такую информацию, необходимо пригласить специалистов, которые проведут геологические исследования грунта и дадут рекомендации по обустройству водозабора.

В зависимости от условий залегания горизонта и гидрогеологических особенностей почвы принято различать 3 типа источников:

• верховодка;
• межпластовые (песчаные);
• артезианские.

Верховодкой называется временное сосредоточение подземных ресурсов в области аэрации, образовавшихся в результате фильтрации дождевых или талых вод. Запасы такого источника незначительны и зависят от объема атмосферных осадков в регионе проживания. Для системы водоснабжения дома такие ресурсы не используются.

Расположение грунтовых вод.

Наиболее пригодны для устройства питьевого водопровода источники, находящиеся между плотными пластами пород (песчаные). Такие горизонты отличаются постоянством запасов и высоким качеством воды.

Артезианскими называются источники, залегающие на большой глубине между непроницаемыми водоупорными породами. Они хорошо защищены от поверхностных загрязненных стоков, отличаются большими и устойчивыми запасами ресурсов. Артезианские выработки оптимальны для снабжения питьевой водой жилых домов и мелких фермерских хозяйств.

Скважина представляет собой отвесную цилиндрическую выработку, расположенную перпендикулярно направлению движения водоносного слоя. Стенки источника закрепляются стальными обсадными трубами. Внутренний диаметр профиля зависит от перекачивающего оборудования (насоса, колонки и др.). В границах водоносного слоя конструкцию скважины снабжают очистными фильтрами.

Верхняя часть сооружения оборудуется защитным оголовком, предохраняющим источник от попадания в канал выработки сточных вод и других загрязнений. Устье водозабора должно находиться в смотровом колодце или кессоне. Размеры камеры зависят от количества размещаемого оборудования.

Порядок выполнения работ

Ударно-канатный способ бурения применяется для оборудования скважин глубиной от 5 до 30 м с диаметром ствола 75-325 мм. Процесс состоит из разламывания породы, подъема ее на поверхность, уплотнения стенок забоя и оборудования оголовка источника.

Инструкция по выполнению работ:

1. Вокруг предполагаемой выработки сооружают настил из досок.
2. В месте оголовка по центру вырезают отверстие, диаметр которого равен размеру ствола скважины.
3. На площадку устанавливают бурильный станок (при использовании механического способа) или треногу с блоком и лебедкой (при обустройстве скважины своими руками).
4. Через блок пропускают стальной канат.
5. На конец троса при помощи специального замка крепят долото или желонку.
6. Отвесом определяют центр выработки.
7. На величину ударного снаряда выкапывают шурф.
8. Проверяют соосность инструмента и скважины.
9. Освобождают лебедку и сбрасывают снаряд.
10. Поднимают желонку, очищают от грунта, наращивают штанги и повторяют процесс.
11. По мере углубления забоя в скважину опускают обсадные трубы.
12. Бурение выполняют до тех пор, пока снаряд не подойдет к водоносному слою.

Недостатки и преимущества процесса

Преимущества:

1. Не нарушается природное состояние водоносного горизонта.
2. Возможность оборудования глубоких скважин большого диаметра.
3. Разрешается устройство выработок в регионах со сложными гидрогеологическими условиями.
4. Бурение в безнапорных слоях любой мощности.
5. Возможность производства работ на валунно-галечниковых отложениях и в местах с рыхлыми породами.

Недостатками ударно-канатного способа, кроме его высокой стоимости, являются коррозия обсадных труб и разрушение поверхности. В результате таких дефектов существует риск загрязнения питьевой воды неметаллическими включениями, а при разрушении стальной оболочки возникает возможность попадания ливневых вод в скважину.