Šnekové vŕtanie studní: vlastnosti technológie a nástroj na vŕtanie ručne a pomocou inštalácie

Šnekové vŕtanie studní na pitnú vodu je dnes najpopulárnejšou metódou vŕtania na území súkromných domácností. Plytkú vodonosnú studňu si môžete vyrobiť sami pomocou ručnej zemnej vŕtačky. Na uľahčenie práce sa často používajú malé vrtné súpravy s pohonom.

Prezradíme vám, prečo je táto metóda taká populárna. Pozrime sa, ako sa líši od iných metód vŕtania a v akých situáciách je efektívne použiť. Článok podrobne popisuje šnekovú technológiu a konštrukciu vŕtacích zariadení, ako aj vŕtacích nástrojov používaných pri ručnom a mechanickom vŕtaní.

Špecifiká závitovkového vŕtania

Vrt je valcový výkop v zemskej kôre, ktorý má napriek veľkému rozsahu malý prierez. Jeho začiatok sa nazýva ústie, bočný povrch sa nazýva steny a dno výkopu sa nazýva tvár.

Optimálna metóda vŕtania sa volí s prihliadnutím na funkčný účel studne, požadovaný priemer a hĺbku. Je dôležité vziať do úvahy fyzikálne a mechanické vlastnosti hornín, ktoré musia prechádzať v procese vytvárania výkopu na prívod vody.

Vplyv má aj technická a ekonomická realizovateľnosť vŕtania v špecifických podmienkach. Toto je významná etapa pri navrhovaní studní, počas ktorej sa určujú základné technologické riešenia - typ použitého zariadenia a režimy vŕtania.

Technická a ekonomická uskutočniteľnosť metódy závitovkového vŕtania sa určuje s prihliadnutím na kvalitu studne, jej životnosť, konštrukčné podmienky a náklady

Pri projektovaní a následnom vŕtaní studní na odber vody je potrebné zamerať sa špeciálne na dlhodobé používanie. Dôležitá je schopnosť udržať stabilný prietok a konštantnú priepustnosť vody v zóne dna počas dlhého časového obdobia.

Proces vŕtania studne zahŕňa niekoľko pracovných krokov:

1. Deštrukcia horniny na čele, teda oddelenie častíc od masívu.
2. Transport odpadovej zeminy na povrch.
3. Príprava studne na prevádzku vyčistením a vybavením studne, ako aj umývanie šachty na prívod vody.

Účinnosť vŕtania priamo závisí od fyzikálnych a mechanických vlastností, ktoré sú prírode vlastné, a to: objemová hmotnosť, pórovitosť, vodopriepustnosť nesúdržných zemín a konzistencia ílovitých súdržných hornín.

Na vŕtanie studní s priemerom od 60 mm do 200 mm, s hĺbkou maximálne 80 m v sypkých a súdržných zeminách (kategória vŕtateľnosti Ⅰ-Ⅲ), je vhodné použiť vrtné vŕtanie. Na penetráciu do hornín strednej tvrdosti (kategória Ⅳ-Ⅵ) sa neodporúča používať skrutkový vrták

Táto metóda nie je vhodná na vŕtanie hornín charakterizovaných pevnosťou a kryštalickým typom spojení medzi časticami. Čím pevnejšie sú minerálne zrná v hornine spevnené, tým viac práce sa vynakladá na jej zničenie.

Výhody a nevýhody metódy

Možnosť závitovkového vŕtania sa používa v priemysle, stavebníctve a ručné vŕtanie studní. Jeho charakteristickým znakom je odstraňovanie zničenej horniny nie premývacou kvapalinou alebo špeciálnymi zmesami plynu a kvapaliny, ale priamo časťami šnekového projektilu.

Existujú vertikálne a horizontálne smerované šnekové vŕtanie. Prvá metóda sa používa pri výstavbe studní, ktoré nesú vodu, ako aj pri vytváraní otvorov pre pilóty. Druhý sa používa pri kladení inžinierskych sietí pomocou bezvýkopovej metódy.

Rotačné vŕtanie do mäkkých hornín je v porovnaní s inými metódami najrýchlejšie a najlacnejšie

Táto metóda súčasne poskytuje vysokú rýchlosť prenikania do neskalnatých pôd do hĺbky 50-80 metrov, čo vám umožňuje okamžite vytvoriť steny výkopu inštaláciou pažnicovej šnúry.

Ďalším plusom je odsávanie odpadovej pôdy na povrch bez zdvíhania nástroja. A ešte jedna vec: keďže závitovkové vŕtanie nevyžaduje preplachovaciu kvapalinu, úspešne sa používa v oblastiach bez vody a používa sa aj v obdobiach, keď prevládajú nízke teploty.

Dnes sa používa vŕtanie pomocou závitovkových jednotiek:

• Na inštaláciu jednotlivých studní;
• Pri stavbe základov zo skrutkových/vŕtaných pilót;
• Na inštaláciu plotov a železobetónových podpier;
• Pri vykonávaní bezvýkopovej inštalácie komunikácií;
• Na výstavbu plytkých studní a jám.

Existujú však aj nevýhody. Je nemožné vŕtať studňu pomocou vrtákov v horninách vysokej tvrdosti. Pri vŕtaní do tvrdých a polotuhých hlín, ílov s vrstvami vápenca môžu nastať komplikácie a pri vŕtaní abrazívnych hornín je vysoká spotreba vrtnej techniky.

Okrem toho existuje obmedzenie hĺbky výkopu.Týmto spôsobom je veľmi ťažké vybudovať studňu hlbokú viac ako 80 metrov.

Technológia vertikálneho tunelovania

Šnek je vysokopevnostná vrtná rúra s navinutou špirálou, ktorá slúži ako vertikálny závitovkový dopravník. Pod vplyvom axiálneho zaťaženia pracovná časť vrtáka preniká do horniny a ničí ju rezaním a uvoľňovaním. Šneková vŕtačka zároveň privádza odpadovú zeminu na špirálu šneku.

Proces čistenia studne je nepretržitý a paralelný s deštrukciou horniny. Pôda oddelená od čela padá na vrták, ktorý sa otáča vysokou rýchlosťou.

Vplyvom odstredivých síl sa nakyprená pôda dvíha nahor pozdĺž lopatiek vrtnej kolóny. K zdvíhaniu dochádza v dôsledku kĺzania v špirále, pretože trenie pôdy na šneku je menšie ako na stenách studne.

Takto je zničená hornina dodávaná v rozdrvenom stave z čela na povrch a vyhodená von cez ústie vrtu. Pri jednoduchej preprave zemina vyplní 30-40% celkového objemu medzipriestoru.

Parametre šnekového stĺpa musia zabezpečiť rýchle zdvihnutie celej hmoty zeminy zničenej šnekom. Pri vŕtaní však časť nakyprenej pôdy padá späť na dno. Preto pri vykonávaní závitovkového vŕtania je potrebné intenzívnejšie čistenie hlavne a po dokončení je potrebné povinné preplachovanie.

Horizontálne smerové šnekové vŕtanie

Pri inštalácii inžinierskych sietí na rôzne funkčné účely pod prekážkami (diaľnice, železnice, lesy) sa používa horizontálne smerované šnekové vŕtanie.

V počiatočnej fáze prác sa vykopú dve jamy – štartovacia (pracovná) jama a prijímacia jama.Musia byť na rovnakej úrovni ako projektovaná studňa. Potom sa potrebné vybavenie spustí do pracovnej jamy a nainštaluje sa.

Pre závitovkové vŕtanie v horizontálnom smere sa používajú veľkorozmerné inštalácie s pohyblivým rotátorom vŕtačky so zvýšeným krútiacim momentom

Takéto zariadenie má veľký posuvný zdvih a je vybavené vŕtacou hlavou odolnou proti opotrebovaniu z vysokolegovanej ocele. Má tiež nainštalovanú sondu na sledovanie vŕtania. Obsluha prijímaním signálov na monitore kontroluje priebeh procesu a môže nastaviť smer pohybu, ako aj uhol sklonu hlavy vŕtačky.

Keď šnek vstúpi do prijímacej jamy, to znamená do koncového bodu podľa projektu, vrták sa odstráni. Namiesto toho sú expandér a potrubie pevné. Potom sa lopatky otáčajú v opačnom smere, aby vtiahli potrubie do hotovej studne. Na konci vŕtacích prác sa inštalácia šneku odstráni zo štartovacej jamy.

Bezvýkopová metóda umožňuje položiť potrubia pre komunikácie pod úrovňou podzemnej vody až do dĺžky 80 m. Navyše všetky zložité práce sa vykonávajú bez prácneho výkopu, čo umožňuje minimalizovať čas realizácie a znížiť finančné náklady.

Horizontálne šnekové vŕtanie sa používa pri kladení tlakových potrubí a inštalácii komunikačných systémov v oblastiach, kde nie je možná inštalácia inými prostriedkami. Hlavná výhoda bezvýkopová inštalácia - ziskovosť. Okrem toho nie je potrebné používať bentonit alebo iné polyméry na udržanie stability hotového výkopu.

Vlastnosti vŕtania v rôznych horninách

Základné technologické parametre vŕtania studne sú axiálne zaťaženie a rýchlosť otáčania závitovkového dopravníka. So zvyšujúcim sa zaťažením sa určite zvyšuje rýchlosť prieniku, čo môže viesť k rôznym núdzovým situáciám.

Preto je nevyhnutné zabezpečiť, aby objem horniny oddelený za jednotku času vrtákom neprekročil produktivitu dopravníka. V opačnom prípade sa na zákrutách vytvoria zátky.

Rýchlosť šnekového vŕtania priamo závisí od vlastností pôdy, hĺbky a priemeru studne, počtu otáčok stĺpa, axiálneho zaťaženia na dne a konštrukcie nástroja použitého na zničenie horniny.

Plastické ílovité horniny, sypké a stredne husté piesky sa vŕtajú spravidla bez núteného axiálneho zaťaženia. Nástroj šneku je vložený do zeme vlastnou hmotnosťou, ako aj v dôsledku reaktívnej sily, ktorá vzniká pri podávaní odpadovej horniny do ústia valcového otvoru.

Osové zaťaženia do 5 kN vznikajú zvyčajne pri počiatočnom vŕtaní studne, pri vŕtaní do tvrdých piesočnatých hlín, hlín, ílov, kalov a prachovcov. Frekvencia otáčania kolóny by nemala presiahnuť 1,7-3,3 s^-1.

Pri vyšších frekvenciách dochádza k interným vibráciám, ktoré môžu spôsobiť uvoľnenie spojov vrtnej struny. Výsledkom je, že vrták zostane na dne, je takmer nemožné ho dostať von, čo znamená, že budete musieť vyvŕtať nové obrábanie. A pri nízkych frekvenciách je preprava odpadovej pôdy na vrchol veľmi obtiažna.

So zvyšujúcou sa tvrdosťou horniny sa zvyšuje axiálne zaťaženie.Vŕtanie do štrku a drvených pôd, zamrznutých hlín, vodou nasýtených pieskov, prachovca s kremennými inklúziami sa vykonáva s axiálnym zaťažením 8-10 kN na bit a rýchlosťou otáčania stĺpca 1,3-2,2 s^-1.

Okruhliaky a skaly obsahujúce balvany sa nevŕtajú šnekovou metódou. Tieto zaoblené skalné úlomky sú zničené dlátom a zdvihnuté na povrch pomocou bailera.

Vŕtanie do piesku s rôznou hustotou a stupňom nasýtenia vodou, štrkom a drveným kameňom sa vykonáva pri vysokých rýchlostiach a súčasne sa steny výkopu spevňujú pažnicovými konštrukciami.

Vŕtanie vrtákom cez íly z mäkkých a tekutých plastov je často komplikované tvorbou zátok. Keď sa častice hliny prilepia na závitovkový nástroj, prehĺbenie studne sa zastaví a preprava odpadovej horniny na vrchol sa stáva veľmi obtiažnou.

Aby ste tomu zabránili, znížte rýchlosť vŕtania na minimum, prejdite stĺp a pridajte vodu do studne. Aj v takejto situácii pomáha pravidelné zdvíhanie vŕtacieho nástroja na povrch a jeho čistenie od priľnavej hliny.

Nástroj na vŕtanie závitoviek

Nástroje na šnekové vŕtanie studní podľa typu prevedenia sa vyznačujú počtom závitov a geometriou reznej časti. Na penetráciu do tvrdých a polotuhých piesčitých hlín a hlín sa často používajú vŕtacie nástroje, ktorých hrany sú vybavené prídavnými frézami.

Na pohon výkopu na prívod vody pre súkromných vlastníkov sa najčastejšie používa iba jeden štartovací šnek bez akýchkoľvek prídavkov, pretože Sedimentárne súdržné a nesúdržné horniny bude potrebné navŕtať. Pri prehlbovaní sa nástroj jednoducho predĺži pomocou vrtných tyčí.

V tomto prípade sa projektil vyberá z vrtu každých 0,5 - 0,7 m, aby sa vyčistil samotný vrt a dno zničenej horniny. Ide o ekonomickejšiu, ale aj prácnejšiu možnosť vŕtania.

Na vyvŕtanie balvanov a kamienkov, ktoré sa nachádzajú v sedimentárnych pôdach, prechádzajú na metódu šokového lana. Spravidla sa na to používa dláto z nástrojovej ocele. Tento vrták, nasmerovaný na spodný koniec, je silou „hodený“ na tvár, kým sa „pevná bariéra“ nezničí.

Po deštrukcii okruhliaka alebo balvanu sa úlomky odstraňujú na povrch pomocou skla (jadrovej rúry) resp. ručiteľ. Potom opäť prejdú na skrutkovú metódu. Na vyhĺbenie bane je najčastejšie potrebné použiť kombináciu niekoľkých metód vŕtania.

Pri vŕtaní sypkého piesku a mäkkej hliny sa používajú závitovkové vrtáky s čepeľami otočenými smerom ku dnu pod uhlom 30-60º a na vŕtanie do súdržných ílovitých hornín - 90º.

Konštrukčne je šnek rúrka alebo dlhá pevná tyč / tyč s navinutou špirálou

Táto špirála sa získa navinutím vysokopevnostnej oceľovej pásky s priemerom 5-7 mm na skrutkový tŕň. Natiahne sa na rúrku/tyč a následne sa zvarí.

Čím väčší je priemer základnej rúry, tým nižšia je prepravná kapacita šneku. Priemer dlhého výrobku je však limitovaný mechanickou pevnosťou skrutky, ako aj technológiou jej výroby.

Dnes sa vyrábajú dva typy skrutiek:

• So stredovým otvorom, to znamená dutým;
• Vážené - bez otvoru.

Aby sa minimalizovalo opotrebovanie závitovkového dopravníka pri vŕtaní do abrazívnych hornín, na vonkajší okraj sa naskrutkuje pás ocele alebo sa na povrch pritaví vrstva kovu.

Pri vysokých rýchlostiach závitovkového vŕtania je nad strelou upevnený špeciálny adaptér s obojsmerným navíjaním pásovej ocele. V tomto prípade veľká časť horniny padá na závitovkový dopravník bez drvenia.

Na konci potrubia s navinutou špirálou musia byť spojovacie prvky privarené. Existujú dva typy skrutkových spojov: bezzávitové a závitové. V prvom prípade sú skrutky spojené spojovacími zámkami a držané kovovými kolíkmi so svorkami, v druhom prípade skrutkovaním.

Závitové spojenie závitoviek do vrtnej kolóny umožňuje mechanizovať ich zapájanie a odpájanie pri vykonávaní vypínacích operácií a pri prívode kvapaliny do čela. Existuje však aj významná nevýhoda - v tomto prípade neexistuje možnosť spätného otáčania skrutiek. Preto sa bezzávitové spojenia rozšírili.

Špeciálne vrtné súpravy zvyčajne obsahujú sadu šnekov rôznych priemerov.

Najúčinnejšie sú šneky so stredovým otvorom, cez ktorý sa k tvári privádza vzduch alebo voda. To umožňuje znížiť trenie horniny na povrchu závitovkového dopravníka

Duté vrtáky so závitovým typom pripojenia sa používajú pri vŕtaní s fúkaním, na čerpanie vody pri razení valcových otvorov v zemskej kôre, na inštaláciu vsádzky do geofyzikálnych vrtov, na čerpanie betónu do otvorov pre pilóty. Dajú sa použiť aj ako obal.

Pri vŕtaní s priebežným čelom je centrálny kanál zablokovaný vŕtacím nástrojom na lane.

Prehľad vrtných súprav

Na šnekové vŕtanie používajú oboje ručné nástrojea mechanizované zariadenia. Najjednoduchším dizajnom je ručná zemná vŕtačka.Skladá sa z tyče/trubice s čepeľou v tvare skrutky a pevne upevnenou rukoväťou v tvare T.

Tento typ vŕtacieho nástroja sa zaskrutkuje do zeme ako vývrtka. Počas procesu výkopu sa rozširuje pomocou tyčí. Ručné zemné vŕtačky sú vyrobené ako skladateľné, aby boli čo najpohodlnejšie na ich prepravu v osobných vozidlách. To vám tiež umožňuje zmeniť dĺžku vrtnej kolóny šneku.

Pomocou ručného náradia môžete urobiť otvory až do hĺbky 2 metrov s priemerom nie väčším ako 20 centimetrov. Existujú aj motorové vŕtačky s benzínovým alebo elektrickým pohonom. Ich konštrukcia zahŕňa závitovkový dopravník, to znamená šnek, a motor s prevodovkou. Otáčanie hriadeľa motora zabezpečuje pohyb šneku.

S použitím poháňaného nástroja a prítomnosti vrtných tyčí na predĺženie je možné vŕtať studne až do hĺbky 25 metrov. S priemerom do 30 centimetrov sa používa na inštaláciu osvetľovacích stožiarov na ulici, na inštaláciu plotových stĺpov, jám na kontrolu základov a základov pôdy.

Vŕtanie studní na území súkromných domácností a vytváranie otvorov s veľkým priemerom pre pilotový základ sa vykonáva pomocou prenosných malých strojov alebo vrtných súprav na mobilných zariadeniach.

Mobilné jednotky sú malé stroje s elektrickým alebo benzínovým motorom. S ich pomocou môžete rýchlo vŕtať dobre na letné sídlo pripraviť veľké množstvo otvorov pre podpery na rôzne funkčné účely.

Takéto vrtné súpravy sa často vyrábajú vo forme prívesu pre osobné automobily, aby sa uľahčila preprava na miesto práce.

V občianskej a priemyselnej výstavbe na vytváranie diel veľkej hĺbky a priemeru sa používa špeciálna šneková technika upevnená na mobilných zariadeniach - nákladné autá, traktory.

Používa sa pri montáži podpier pre vysokonapäťové elektrické vedenia a stĺpy pouličného osvetlenia, pri montáži plotových podpier pre štadióny, športové areály, priemyselné objekty a letiská. Okrem toho pomocou šnekových vrtných súprav na mobilných zariadeniach stavajú štetovnicové oplotenie pre jamy a inštalujú skrutkové pilóty.

Užitočné video k téme

Šnekové vŕtanie studne s hĺbkou 20 m na území súkromnej domácnosti:

Toto video ukazuje technológiu horizontálneho šnekového vŕtania studne na kladenie komunikácií pod diaľnicu:

Montáž hromád pomocou priebežného veľkopriemerového šneku so stredovým žľabom. Na vykonanie práce sa používa vrtná súprava Bauer BG-30 a vysokovýkonné stacionárne čerpadlo na betón Liebherr:

Šneková metóda poskytuje vysoké rýchlosti vŕtania studní. Rozvoj vrtu a prísun odpadovej zeminy od čelby po ústie diela prebieha súčasne a nepretržite, čo šetrí čas a námahu vŕtačov, ako aj finančné prostriedky investované do projektu. Preto je populárna metóda šnekového vŕtania.

Zanechajte komentáre v blokovom formulári nižšie. Povedzte nám, či ste niekedy používali ručný vrták alebo vŕtali na malej vrtnej súprave pomocou vrtáku. Zdieľajte technologické detaily, ktoré môžu byť užitočné pre návštevníkov stránok.