Современный буровой колодец

Современный буровой колодец

 

Способы бурения и оборудование

 

Колодцы, которые устраивают посредством бурения, называют буровыми. Второе название – «трубчатые колодцы» – они получили по причине того, что в пробуренную скважину опускают стальные трубы нужного диаметра с установленным трубчатым фильтром.

От других видов колодцев трубчатые отличает то, что последние имеют довольно небольшой диаметр при значительной длине водозаборной части (глубина самого колодца редко превышает 30 м, хотя в отдельных случаях может доходить до 70 м (разумеется, это не относится к промышленным скважинам)). Посредством трубчатых колодцев можно поднимать воду и из напорных источников, и из безнапорных. В обоих случаях колодцы могут доходить как до водоупора, т. е. быть по своему устройству совершенными, так и заканчиваться в водоносном горизонте, т. е. оставаться несовершенными.

Трубчатые колодцы отличает простое устройство, которое включает трубу, погруженную в пробуренную скважину, и трубчатый фильтр. Буровой колодец предназначается для тех ситуаций, когда расход воды небольшой. При этом либо насос, либо его приемную часть опускают в фильтр (это несомненное достоинство трубчатого колодца, поскольку подъем воды ведром или бадьей менее гигиеничен).

Верхняя часть трубчатого колодца называется устьем, которое оформляется оголовком. Он одновременно не только предупреждает попадание в колодец мусора, но и является основанием, на котором монтируются водоподъемные механизмы.

Для устройства трубчатого колодца необходимо специальное оборудование, с помощью которого осуществляют механическое бурение. Известно несколько способов бурения:

  • вращательный , при котором проходку ведут путем вращения бурового инструмента;
  • ударный , при котором буровым инструментом ударяют по грунту, разрушая его;
  • вибрационный , при котором применяют воздействие колебаний высокой частоты. К этому способу при сооружении колодцев на индивидуальных участках не прибегают, поэтому мы его рассматривать не будем.

Выбор конкретного способа определяется составом грунтов, которые предстоит пройти. Рассмотрим их более подробно.

Ручное ударно-вращательное движение  основано на использовании мускульной силы человека и практикуется там, куда трудно доставить соответствующее оборудование. Максимальный диаметр скважины составляет 200–250 мм.

Проходку скважины ведут путем вращения буров, однако в твердых, сыпучих породах и в плывунах применяют долота и стаканы.

Подобранный буровой инструмент прикрепляют к буровым штангам (особым стержням), которые либо то опускают в забой, то извлекают из него, либо вращают. Проходку в пластичных грунтах, к которым относятся глинистые и глинисто-песчаные породы, используют ложковые буры , или, говоря профессиональным языком, ложки. Они представляют собой полуцилиндр, изготовленный из листовой стали (диаметр корпуса – 70, 102, 140, 198 мм при длине 700–750 мм), имеющий левую отогнутую режущую кромку. Срезанная порода наполняет полуцилиндр и не выпадает из него благодаря сжатию и прилипанию к стенкам. С той же целью при проходке через сыпучие грунты продольную щель между кромками делают более узкой. В процессе движения ложка выбирает породу благодаря вертикальной и нижней режущей кромкам. Нижняя часть ложки может иметь разную конструкцию. При самостоятельном исполнении проще всего применить такие варианты устройства низа ложки:

• в виде ковшеобразного резца;

• в виде резца с левой стороны и в виде поперечного выступа с правой стороны.

Во втором случае между отгибами дополнительно к телу ложки приваривают сверло по металлу. Естественно, что для этого необходимо нагреть металл до соответствующей температуры. Однако можно обойтись и без термической обработки кромок, если для ложки подобрать трубу нужного диаметра.

Особенность ложковых буров состоит в том, что их корытообразный корпус чуть сдвигают от оси вращения, в частности у бура со сверлом оси нижнего сверла и вращения штанги совпадают, а ось тела ложки смещена примерно на 10–15 мм. Благодаря этому ложковый бур при вращении в скважине будет выбирать в породе отверстие большего диаметра, чем диаметр ложки. Это сыграет положительную роль при погружении обсадной трубы, внутренний диаметр которой, как правило, вынужденно берут больше наружного диаметра ложки. Дело в том, что в случаях возможного обвала стенок скважины ее одновременно бурят и фиксируют обсадной трубой, в которую ложка должна входить.

В процессе выполнения проходки порода собирается в ложке, ее достают из скважины вместе с инструментом, потом процесс повторяется. При этом за каждый проход глубина скважины увеличивается на 30–40 см.

Самодельный бур иногда делают в виде стального диска, у которого вырезают и отгибают кромки. Но им можно воспользоваться для бурения в пластичных, не склонных обваливаться грунтах. Однако следует знать, что при работе он отклоняется в сторону, что искривляет проходку, и, кроме того, им невозможно выполнить уширение скважины.

 

В отдельных случаях нет необходимости устраивать глиняный замок. Это касается ситуаций, когда под верхним плодородным слоем лежат песчаные, торфяные или каменистые грунты. Не делают его и в грунтах, подверженных морозному пучению.

 

Для плотных грунтов (глин и суглинков) изготавливают бур другой формы – змеевик  с нижним режущим лезвием, напоминающим ласточкин хвост, причем бур необходимо закаливать. Диаметр змеевика – 70, 104, 140 мм, длина – 650, 700, 820 мм соответственно.

Принцип действия змеевика прост – он работает, как штопор, т. е. при вращении он постепенно погружается в породу. Выбранный буром грунт удерживается на лопастях.

Поскольку змеевик изготовить непросто, то самодеятельные бурильщики вместо него применяют отрезки винтовых шнеков, которые устанавливают на сельскохозяйственных машинах (иногда для этих целей используют ледовый бур). Для этого, подобрав шнек с 3–4 витками, к нему снизу приваривают сверло по металлу (его роль – центрировать бур в скважине), а сверху – кусок трубы, чтобы смонтировать со штангами.

Для бурения твердых пород и галечников применяют буровые долота , которые, если требуется, делают эксцентричными относительно оси шейки. Таким образом тоже можно выполнить уширенную скважину, необходимую для опускания обсадной трубы. Для пород разной плотности подбирают долота, различающиеся углом заострения лезвий, например для мягких пород он составляет 70–80°, для твердых и галечников – 110–130°. Сообразуясь с буримостью пород, используют долота разной формы, например для не слишком твердых применяют зубильное долото, для твердых и галечников – двутавровое или скругляющее, для твердых трещиноватых – крестообразное (его лезвия перпендикулярны друг другу, благодаря чему не заклиниваются в трещине), для разрушения попадающихся некрупных камней – пирамидальное и т. д.

Изготовить долото той или иной классической формы в домашних условиях, не имея специального оборудования (кузнечно-прессового, особой закрытой печи и др.), практически невозможно, но можно сконструировать самодельный аналог (разумеется, если есть такая возможность), прибегнув к фрезерованию его из цельной заготовки; изготовлению долота из мягкой стали и выполнению режущих кромок способом твердосплавной наплавки. Есть еще один способ, представляющийся более доступным: из мягкой стали сварить корпус долота, из стальных зубильных лезвий собрать для него режущую часть (последнее можно сделать в условиях обычной кузнечной мастерской). Для долота можно применить кусок листовой рессоры, обрезанный до нужного размера автогеном, потом ее отпустили, просверлили в ней отверстия и вмонтировали в корпус (его сварили из стальных пластин) с помощью заклепок. Практика свидетельствует, что таким приспособлением можно бурить скважину диаметром 250 мм. Есть и другие варианты, информацию о которых можно найти в соответствующей литературе.

Конечно, самодельное долото нельзя сравнивать с заводским, ведь понятно, что ресурс и производительность первого весьма ограничены, но, учитывая, что самодеятельный бурильщик предполагает пройти только одну скважину, то их оказывается достаточно. Кроме того, следуя инструкциям, при каждом подъеме долото надо осматривать, вовремя затачивать (вставные лезвия быстро тупятся) и т. п.

При выполнении проходки могут попадаться валуны. В ряде случаев оказывается, что их легче извлечь, чем дробить долотом непосредственно в скважине. Хитроумные самодеятельные бурильщики на этот случай имеют специальные приспособления, например вилку с несколькими стальными зубьями или сачок (стальной пруток овальной формы, приваренный к штанге, с мешком) и гарпун (стальной стержень с заостренным концом и острой пластиной, которая приварена к нему под углом).

Если проходку ведут в рыхлых, обломочных породах, то для этого используют особый инструмент, называемый желонкой  (она же пригодится, когда нужно очистить скважину после применения долота). Это отрезок трубы длиной 2–3 м, у которой внизу имеется специальный башмак с клапаном (как правило, он бывает плоским, изготовленным из стальной пластины, дополнительно может иметь уплотнение из резины и т. п.; если диаметр желонки небольшой, то устанавливают шариковый клапан), а вверху она оснащена устройством, с помощью которого соединяется со штангой.

Желонка работает так:

• будучи опущенной в забой, ее башмак врезается в породу;

• последняя поднимает клапан и втягивается в трубу;

• при подъеме клапан возвращается на место и не позволяет породе выпасть;

• забитую породой желонку поднимают на поверхность, переворачивают вверх клапаном (для этого есть особое устройство, при использовании которого можно не отсоединять желонку от штанги), очищают.

24-09-2014, 19:36

 

Трубный колодец

Трубный колодец

 

Материалом для трубных колодцев служат:

• кирпич. К выбору кирпича необходимо подойти очень ответственно, поскольку не каждый сорт пригоден для строительства колодца. В первую очередь не следует применять силикатный кирпич, поскольку он не отличается устойчивостью во влажной среде и поэтому быстро разрушается. В большей степени подойдет красный кирпич, важно только, чтобы он был кондиционным, т. е. соответствовал ГОСТу, не имел внутренних трещин (кстати, именно по этой причине в последнее время часто встречается мнение о непригодности кирпича для обкладывания колодца). Еще лучше себя зарекомендовал пережженный кирпич – железняк, даже если он нестандартный по форме. Как правило, он более плотный, без внутренних дефектов;

• природный камень (бут). Бутовым камнем называют куски известняка или песчаника. Бут бывает рваным и постелистым. Он может иметь разную форму, но оптимально отесывать его, придавая внутренней стороне вогнутую конфигурацию. Главное – подобрать материал, свободный от каких-либо пороков, в частности трещин, включений, расслоений и т. п. Это легко проверить – достаточно ударить по камню молотком: если издаваемый при этом звук чистый и если камень не распался на фрагменты, то его можно смело использовать. Для удобства не следует брать природный камень весом более 50 кг, поскольку его будет трудно не только поднять, но и обработать соответствующим образом. Крупные камни раскалывают на более мелкие и перед применением обязательно очищают от пыли;

• бетон (монолитный или в виде колец), представляющий собой искусственный камень, в состав которого входят портландцемент, вода и заполнители (песок, гравий или щебень).

• Для придания стенкам колодца необходимой прочности каменные материалы (бут, кирпич, бетон) укладывают на раствор, для которого требуются:

• песок. Более всего подходит чистый речной песок (при наличии примесей, например глины, качество раствора и, следовательно, кладки существенно снижается);

• гравий. Это мелкие камешки, разные по форме, поэтому различают гравий игловатый, яйце– и щебневидный, малоокатанный и др. Гравий неодинаков и по размеру зерен, величина которых колеблется от 5–20 мм (мелкий) и 20–40 мм (средний) до 40–80 мм (крупный);

• щебень. Это камни, полученные в результате дробления горных пород, кирпича и др. По размеру он схож с гравием. Как и песок, щебень и гравий перед закладкой в раствор должны быть промыты;

• портландцемент. Для сооружения колодцев применяют цемент М400, 500, 550, 600. Из него готовят цементный раствор, необходимый как для кладки, так и для оштукатуривания стенок колодца. Поэтому важно правильно приготовить смесь. Сначала смешивают сухие компоненты (цемент и песок) в соответствующих пропорциях; потом полученную массу затворяют водой, тщательно перелопачивают, добиваясь того, чтобы раствор стал однородным; используют по назначению. При этом важно помнить, что раствор должен быть израсходован в течение 45–60 мин, поэтому не следует готовить сразу весь необходимый объем. Применяемые цементные растворы в зависимости от вида работы имеют разный состав. Компоненты для раствора измеряют в объемных частях, например состав для оштукатуривания содержит цемент и песок, взятые в пропорции 1: 1 или 1: 2, т. е. на 1 часть цемента приходится 1 или 2 части песка; для кладки – 1: 5. Прочность раствора определяется маркой цемента и количеством песка, добавленного в состав, а расход – толщиной швов при кладке (заметим, что на каменную кладку в связи с нестандартностью камней, уходит больше раствора, чем на кирпичную) и размером поверхности.

Помимо представленных материалов, при строительстве колодца потребуется и металлический крепеж – анкера (стальные стержни с резьбой на концах или шпильки М16 длиной 3 м; последние наращивают, применяя высокие гайки, которые представляют собой шестигранные прутки длиной 100 мм с резьбой М16, между которыми крепят промежуточные кольца на той высоте, которая требуется), шайбы и гайки к ним; стальные скобы диаметром 15–20 мм (их вставляют в стенки колодца и используют в качестве лестницы, по которой спускаются в ствол колодца при его ремонте или чистке); а также рамы (стальные, деревянные или железобетонные) в виде круглых колец шириной, как минимум, 250 мм с отверстиями под анкера.

Рассмотрим, как происходит сооружение трубных колодцев из разных материалов.

1. Относительно способа, которым сооружают кирпичный колодец , надо сказать следующее: при небольшой глубине его возводят открытым способом, предварительно выкопав шахту; для глубоких колодцев применяют опускной способ. Как правило, они имеют круглую форму и внутренний диаметр 750–1000 мм (это оптимальный размер, поскольку в этом случае расход материалов наименьший).

Для устройства кирпичного колодца потребуются кирпич, круглые рамы (основная, промежуточные и верхняя) диаметром от 1 м и более в зависимости от диаметра колодца. Основную раму выполняют из стали, железобетона или дерева (как самая водонепроницаемая и прочная подойдет дубовая древесина). Она отличается от остальных тем, что имеет диаметр на 50–60 мм больше, и тем, что с наружной стороны по всей поверхности на ней укреплен стальной нож, функция которого состоит в том, чтобы вскрывать грунт при проходке. Эта рама должна быть самой тяжелой и прочной, поэтому ее толщина составляет 80–100 мм, а ширина определяется толщиной кладки, которая может вестись в кирпич или в полтора кирпича, т. е. 250 и 370 мм соответственно.

Материалом для промежуточных и верхней рам, как правило, является дерево. Толщина досок для них равна 80 мм (можно сбивать и несколько досок, главное, чтобы соблюдалась общая толщина), а ширина зависит от толщины кладки, хотя часто раму делают более узкой, чтобы образовывалась канавка, которую потом заполняют раствором.

Чтобы соединить рамы в единую конструкцию, понадобятся анкера или стальные стержни диаметром не менее 15 мм (это особенно важно в тех случаях, когда для устройства колодца практикуют опускной способ (он и будет описан далее) и когда встречаются неустойчивые породы, которые при обвале могут разорвать крепление шахты). На обоих концах они должны иметь резьбу длиной 150 мм. К анкерам или стержням прилагаются гайки и шайбы.

Кроме того, надо в рамах просверлить отверстия диаметром 32 мм, причем в основной и верхней их должно быть по 6, а в промежуточных – по 12. Важно добиться того, чтобы отверстия размещались строго одно под другим. Поэтому нужно прибегнуть к пакетному методу и проделать отверстия одновременно во всех промежуточных рамах и отдельно в основной и верхней, сложив их друг на друга и предварительно разделив на необходимое количество частей (помня школьный курс черчения, это сделать совсем не сложно).

 

Надо иметь в виду, что свойства раствора зависят от количества в нем цемента: чем его больше, тем более пластичным он становится. Но при этом водопроницаемость его возрастает, расход увеличивается, поэтому и материал обходится дороже.

 

Завершив подготовку всех деталей, можно переходить к сборке конструкции. Для этого в основную раму вкручивают 6 анкеров, действуя в соответствии с таким алгоритмом:

• до конца резьбы накручивают на анкер гайку;

• нанизывают шайбу;

• вставляют анкер в отверстие;

• повторяют все в обратном порядке, т. е. за шайбой следует гайка, которую туго закручивают.

24-09-2014, 19:35