Metódy vŕtania studní: technologické princípy a vlastnosti hlavných metód

Konštrukcia studne na príjem vody zahŕňa použitie rôznych metód vŕtania. Voľné a vodou nasýtené pôdy sa odstránia pomocou bailera. Na vŕtanie cez hliny a skalné útvary sa používajú metódy vŕtania studní založené na rotačnom a vibračnom princípe.

Práca zahŕňa mechanizmy, ktoré umožňujú rozvoj pôd rôznych typov a do rôznych hĺbok. Povieme vám, ako zvoliť optimálnu technológiu vŕtania, ktorá vám umožní rýchlo a bezchybne dokončiť výkop pre zariadenie na prívod vody.

Pre názornú prezentáciu nami ponúkaných informácií je text doplnený o užitočné schémy, kolekcie fotografií a videonávody.

Typy metód vŕtania

Predtým sa vŕtanie vodonosných studní vykonávalo hlavne pre vlastnú potrebu manuálne. Bol to pracovne náročný a zdĺhavý proces, takže nie každý majiteľ pozemku alebo chaty sa mohol pochváliť vlastným zdrojom vody.

Postupne mechanizované vŕtanie nahradilo manuálne metódy z dôvodu výrazného uľahčenia a zrýchlenia procesu.

Dnes sa takmer všetky vodonosné vrty vŕtajú mechanizovanou metódou, ktorá je založená na deštrukcii pôdy a jej dodávaní na povrch jedným z dvoch spôsobov: suchá, keď sa odpadová zemina odstraňuje z vrtu pomocou mechanizmov, a hydraulická, keď vymýva sa vodou privádzanou pod tlakom alebo gravitáciou.

Existujú tri hlavné spôsoby mechanického vŕtania:

• Rotačné (pôda sa vyvíja rotáciou).
• Šok (vrtný projektil ničí pôdu nárazmi).
• Vibračné (pôda je vyvinutá vysokofrekvenčnými vibráciami).

Rotačná metóda sa považuje za najproduktívnejšiu, 3-5 krát účinnejšiu ako šoková metóda a 5-10 krát účinnejšiu ako vibračná metóda. Okrem toho je rotačná metóda najlacnejšia a najdostupnejšia, často sa používa ako hlavná metóda ručného vŕtania.

Mechanické rotačné metódy vŕtania vodných studní nahradili neúčinné manuálne metódy

Metóda rotačného vŕtania, ktorá sa bežne používa na výstavbu studní, je rozdelená do štyroch hlavných typov vŕtania:

• jadro;
• skrutka;
• šokové lano;
• rotačné.

Každý typ rotačného vŕtania má svoje vlastné charakteristiky a vykonáva sa so zariadením špeciálne navrhnutým na tento účel. Pozrime sa na tieto typy vŕtania podrobnejšie, určme, aké sú ich rozdiely a akú metódu je potrebné použiť v každom konkrétnom prípade.

Špecifiká jadrového vŕtania

Jadrové vŕtanie je mechanická rotačná metóda, pri ktorej sa ílovitá alebo hustá piesčitá pôda extrahuje vo forme valcového jadra. Jadrový vrták je hrubostenná kovová rúra.

V hornej časti jadrovej vŕtačky je zariadenie na pripevnenie tyčí potrebných na predĺženie vrtnej kolóny. Nižšie je koruna, ktorej typ sa vyberá v závislosti od kategórie pôdy, ktorá sa má vŕtať.

Pri jazde jadrovou metódou je pôda zničená prstencovou korunou. Vnútorná časť jadra je zachovaná v nepoškodenej podobe. Na uľahčenie procesu vŕtania v tvrdých a polotuhých hlinách, íloch a horninách sa do spodného otvoru privádza vrtná kvapalina.

Počas jadrového vŕtania sa zemina neničí, ale je „vyvŕtaná“ korunkou a zachytená jadrovou rúrou. Vyvŕtaná hornina je vyťažená na povrch vo forme jadra - monolitického valcového stĺpa horniny

Kal z čelby sa niekedy odstraňuje preplachovaním – vstrekovaním veľkého množstva vody do výrobnej šachty. Najčastejšie sa preplachovanie nahrádza fúkaním stlačeným vzduchom dodávaným kompresorom vo vnútri potrubia.Tento typ vŕtania umožňuje vŕtať studne s hĺbkou až 1000 metrov a priemerom 8 až 20 cm.

Mechanické jadrové vŕtanie sa vykonáva pomocou vrtných súprav ako ZIF, UGB, UKB, namontovaných na vozidlách ako KAMAZ, KrAZ, vyvážačky atď. Vo verzii pre ručné vŕtanie Jadrové potrubie sa skráti a nazýva sa zvon alebo sklo. Jadrová rúra je štrukturálne podobná poslednej, obrátenej položke pre domácnosť.

Jadrové vŕtanie sa používa v nasledujúcich prípadoch:

• geologický prieskum nerastných surovín;
• vŕtanie prieskumných vrtov;
• výstavba vodonosných studní akejkoľvek hĺbky, vrátane bezfiltrových studní v horninách.

Pre zariadenie súkromné ​​studne v niektorých prípadoch sa jadrová metóda používa pred spustením závitovkového alebo rotačného vŕtania, pričom sa súčasne vykonáva prieskumná a prípravná úloha.

Pri výstavbe súkromných studní sa jadrové vŕtanie používa v kombinácii s príklepovým lanovým vŕtaním. Hlinené vrstvy prechádzajú jadrovou rúrou. Voľné piesky, štrk a okruhliaky s pieskovým plnivom, ktoré nezostávajú v jadrovom potrubí, sa z šachty odstraňujú zhelonizáciou.

Z hľadiska účinnosti je jadrová metóda o niečo nižšia ako šneková metóda vŕtania studní na prívod vody. Šnek vŕta rýchlejšie, ale neumožňuje úplné uvoľnenie hriadeľa z vyvŕtanej horniny. Zriedkavo sa používajú v pároch. A ak sa to stane, tak prvých pár metrov je pokrytých šnekom.

Koruny nezničia pôdu, ale opatrne ju rozrežú po obvode a tvoria „stĺpy“ - jadrá, ktorých štúdiom môžete vytvoriť hydrologický úsek lokality.

Použité vybavenie a nástroje

Na jadrové vŕtanie sa používajú tieto nástroje:

• vrtáky vyrobené z diamantu alebo iného karbidového materiálu (oceľ, volfrám, pobedit);
• jadrová rúrka;
• potrubie na odstraňovanie kalu;
• tyče potrebné na predĺženie vrtnej kolóny;
• spojky, adaptéry medzi potrubiami, preplachovacia upchávka.

Pri vŕtaní v skalných útvaroch sa vrták rýchlo opotrebuje a musí sa vymeniť. Materiál korunky je drahý a vydrží enormné zaťaženie, najrozšírenejšie sú možnosti diamantového vŕtania.

Všetky nástroje používané počas procesu vŕtania musia byť zarovnané, t.j. byť umiestnené presne vzhľadom na os vŕtania.

Technológia jadrového vŕtania

Hlavnou črtou jadrového vŕtania je prechod horniny s jej úplným zachovaním v jadrovom potrubí. Tie. Pri prevádzke vrtného zariadenia koruna ničí pôdu v prstenci, ktorý sa pri hlbšom zasúvaní vtláča do jadrovej rúrky a drží sa v nej vďaka svojej vlastnej hustote.

Pri vyberaní naplnenej rúry z banskej šachty sa táto uvoľní z jadra poklepaním perlíkom.

Proces jadrového vŕtania krok za krokom je nasledujúci:

• vrták je pripojený k jadrovej rúre;
• jadrová rúra je spojená s tyčami, ktoré sa pri prehlbovaní zväčšujú;
• horná tyč je upevnená vo vrtnej súprave;
• vŕtačka otáča vŕtaciu kolónu a postupne ju „zaskrutkuje“ do zeme;
• jadrová rúra sa postupne plní jadrom - zeminou zaseknutou v jej dutine;
• po vyvŕtaní 50 - 70 cm sa vrtná kolóna odstráni na povrch, tyče sa jeden po druhom odpoja, kým sa neodstráni jadrová rúra;
• potrubie je zbavené vŕtanej horniny;
• vyprázdnený projektil sa opäť spustí na dno, čím sa vrtná kolóna predĺži tyčami.

Akcie sa vykonávajú v opísanom poradí, kým vrt neprenikne do zvodnenej vrstvy a neprenikne 50 cm do podložnej vodotesnej horniny.

Ak upevnenie hornej zvodnenej vrstvy nie je účelom výkopu, potom môžu byť horné vrstvy vŕtačka s preplachom. V tomto prípade čerpadlo predáva preplachovací roztok cez hadicu do potrubia. Roztok následne vynesie vyťaženú zeminu na povrch.

Ak účelom výstavby studne nie je vodonosná vrstva v piesčitých sedimentoch, vŕtanie až do dosiahnutia skál sa môže vykonať s preplachom

Silné výhody a nevýhody

V porovnaní s príklepovým a rotačným spôsobom mechanického vŕtania sa jadrové vŕtanie vykonáva pomerne rýchlo, čo výrazne skracuje čas práce. Jeho hlavnou nevýhodou je neschopnosť zdvihnúť voľné pôdy a kamienky nasýtené vodou. Pomaly sa pohybuje cez skalu a vyžaduje dláto, aby preniklo cez balvany.

Medzi výhody jadrového vŕtania patria:

• vysoká produktivita a schopnosť vŕtať studne s hĺbkou nad 100 m;
• zníženie zaťaženia vrtného zariadenia v dôsledku zničenia hlinenej horniny, porovnateľné s jej vyrezaním;
• možnosť použitia mobilnej vrtnej súpravy kompaktných rozmerov.

Jadrové vŕtanie je jednou z najrýchlejších metód rozvoja zariadení na prívod vody. Pieskovú studňu s ním možno vyvŕtať za jeden pracovný deň. Vo vývoji manuálny príjem vody zaberie oveľa viac času.

Vlastnosti závitovkového vŕtania

Tento typ vŕtania sa dnes najčastejšie používa pri výstavbe studní nesúcich vodu v súkromných domácnostiach. Zvláštnosťou závitovkového vŕtania je, že ťažená hornina je úplne odstránená z miesta vrtu bez použitia ďalšieho zariadenia. Metóda pripomína skrutkovanie a umožňuje vŕtať do hĺbky a súčasne odstraňovať nepotrebnú pôdu.

Nástroj používaný na vŕtanie sa nazýva šnek. Je to kovová tyč s čepeľami. Šnek, ktorý sa zaskrutkuje do zeme, zničí kameň, ktorý zostáva na jeho lopatkách. Vzhľadom na špecifickú konštrukciu šneku nie je možné úplne uvoľniť čelo zo skládky. Preto sa používa hlavne na penetráciu vrchných vrstiev.

Vŕtanie šnekom je rýchla a lacná metóda, ktorá nevyžaduje organizáciu zásobníka na preplachovaciu kvapalinu

Vŕtanie pomocou závitovky si nevyžaduje veľa úsilia a finančných nákladov, takže rozsah použitia tejto metódy je pomerne široký: geologické prieskumné vrty, kladenie komunikácií, výstavba vŕtaných vrtov a čiastočne vodné vŕtanie.

Teraz sa aktívne používa na stavbu habešských studní, aby sa ihla úplne nezapichla do hustej pôdy, ale aby sa mierne uľahčil proces ponorenia šachty do predtým zničenej horniny.

Metóda je vhodná na vytváranie vodonosných studní do hĺbky 30 m na mäkkých a sypkých pôdach a do 20 m na stredne hustých pôdach. Po vŕtaní vrtákom a inštalácii pažnice sa musí vrt vyčistiť od nevyťaženej horniny pomocou bailera.

Vrták nie je absolútne vhodný na prácu v skalnatých oblastiach! Používa sa na čiastočné vŕtanie studní do 120 m, pričom sa táto metóda kombinuje s inými: rotačná, nárazovo-lanová, jadrová.

Zapojené vybavenie a nástroje

Šnekové vŕtanie sa vykonáva pomocou vrtnej súpravy, ktorej hlavným prvkom je skrutkový vŕtací nástroj vyrobený z vysoko pevného kovu. Vŕtacia kolóna sa rozširuje pomocou závitoviek rovnakej veľkosti, keď ide hlbšie.

Súprava niekedy obsahuje čepeľové bity, ktoré sú potrebné na prechod voľných skál, ako aj bity s guľatou alebo kužeľovou hlavou, ktoré sa používajú na vývoj tvrdých hornín.

Vrtná súprava založená na vozidle vybavenom výkonným motorom je najlepšou voľbou pre vŕtanie na ťažko dostupných a odľahlých miestach

Väčšina moderných vrtných súprav je vybavená dutými zostavami vybavenými reverzibilnými zámkami, ktoré bránia pohybu nástroja v opačnom smere.

Počas procesu vŕtania sú rezné časti šneku ochladzované rozvinutou pôdou a rozvinutá hornina stúpa špirálovito nahor. To umožňuje vykonávať vŕtanie bez zastavenia, čo výrazne znižuje čas a náklady na energiu na vytvorenie vodonosnej studne.

Technológia šnekového vŕtania

Po dokončení penetrácie, ktorej hĺbka je 1,5 - 2,0 m, sa šnek vyberie a puzdro. Priemer nasávacej studne vyvŕtanej šnekom je 50 - 200 mm a závisí od veľkosti použitého nástroja.

Zrúteniu stien studne bránia pažnicové rúry. Toto je obzvlášť dôležité pre sypké, nesúdržné pôdy, takže vŕtačky majú pravidlo: pri vŕtaní piesočnatej hliny a hliny používajte závitovky s čepeľami umiestnenými pod uhlom 30 - 60º a pri vŕtaní hustého piesku nástroje s čepeľami pod uhlom. 90º.

Pri menšom sklone závitov špirály šneku je väčšia časť rozpojeného výsypu vynášaná šnekom na povrch.

Šnekové vŕtanie nevyžaduje použitie vrtného výplachu, hornina vyvinutá pomocou vrtáka sa vynáša na povrch čepeľami nástroja

Výhody a nevýhody používania šneku

Metóda závitovkového vŕtania umožňuje čo najrýchlejšie postaviť studňu za predpokladu, že bola správne zvolená veľkosť závitovky a uhol sklonu korunky.

Výhody závitovkového vŕtania zahŕňajú:

• pôda vystúpi na povrch ihneď počas procesu vŕtania;
• vysoká rýchlosť prehĺbenia do zeme bez technologických zastávok;
• nie je potrebné preplachovať vrt;
• na vŕtanie vo vnútri domu (v suteréne) je možné použiť kompaktnú šnekovú jednotku alebo ručný šnek;
• nie je potrebné zdvíhať prvý článok na povrch a rozoberať/montovať vrtnú kolónu ako pri jadrovej metóde.

Za hlavnú nevýhodu závitovkového vŕtania možno považovať neschopnosť pracovať na sypkých a veľmi tvrdých pôdach, ale zároveň je závitovka ideálnym nástrojom na vŕtanie v hlinitých, zmiešaných (hlinitých a piesočnatých) a mäkkých hlinitých pôdach.

Ďalšou nevýhodou, ktorá obmedzuje použitie vrtáka na stavbu studní nesúcich vodu, je potreba použiť metódu nárazového lana na čistenie šachty od vysypanej horniny.

Podobnosť šnek - cievka Široko používané pri ručnom vŕtaní. Rovnakým spôsobom zničí kameň a uchopí ho svojimi čepeľami, aby ho vytiahol smerom nahor.

Charakteristika rotačného vŕtania

Rotačné vŕtanie je metóda rotačno-vibračného vŕtania, pri ktorej sa deštrukcia pôdy vykonáva pomocou vrtáka poháňaného na dne vrtu rotorom vrtnej súpravy. Rotor sa otáča z motora automobilu alebo samostatne inštalovaného elektromotora cez hnací hriadeľ.

Vyvinutá zemina sa zo šachty studne vymýva priamym alebo spätným preplachom. Premývací roztok môže byť dodávaný buď samospádom alebo čerpacou stanicou.

Väčšina artézskych studní sa vŕta metódou rotačného vŕtania: pomocou vrtáka rotovaného rotorom, po ktorom nasleduje prepláchnutie studne a pripevnenie plášťových rúrok.

Rotačné vŕtanie sa používa na vytváranie skalnatých a poloskalnatých pôd pri budovaní hlbokých vrtov do 150 m. Rotačná vrtná súprava s vhodne zvoleným vrtákom a váženými vrtnými rúrami si dobre poradí so skalnými útvarmi.

Odborníci na vŕtanie odporúčajú použiť túto metódu vŕtania za nasledujúcich podmienok:

1. Hydrogeologická časť lokality je celkom dobre preštudovaná. Je známe, že skaly budú musieť byť navŕtané. Úroveň výskytu zvodnenej zóny v horninovom podloží je známa.
2. Podzemná voda má tlak charakteristický pre artézske studne
3. Je tu možnosť nepretržitej dodávky technickej vody na splachovanie studne.

V južných oblastiach je možné rotačné vŕtanie vykonávať po celý rok, ale v severnej klíme je použitie tejto metódy obmedzené kvôli možnosti zamrznutia vrtnej kvapaliny.

Použité vybavenie a nástroje

Rotačné vŕtanie vodonosných studní sa vykonáva pomocou rámu alebo mriežkovej veže, na ktorej sú umiestnené zdvíhacie zariadenia a ďalšie prvky vrtnej súpravy. Derrick umožňuje zdvíhať a spúšťať vrtné kolóny do studne.

Rotačná vrtná súprava obsahuje:

• rámová alebo priehradová veža;
• hnací motor;
• rotor a vrtná kolóna;
• čerpacie zariadenie a systém čistenia preplachovacej kvapaliny;
• zdvíhacie zariadenie, tlakové vedenie, otočný čap, tesnenia atď.

Samohybné súpravy využívajú ako motor spaľovací motor vozidla, na základe ktorého je umiestnený vrtný komplex. V tomto prípade výkon motora reguluje rýchlosť vŕtacieho nástroja.

Zdrojom energie pre rotačnú vrtnú súpravu môže byť stacionárny alebo mobilný elektromotor, spaľovací motor automobilu alebo generátory.

Rotor pomocou prevodového zariadenia prenáša otáčanie na hnacie potrubie, ktoré ho zase prenáša na hlavný vŕtací nástroj - korunku.Dláto môže mať rôzne tvary a je vyrobené z vysoko pevných materiálov: kompozity, diamantom potiahnutá oceľ atď.

Pre každý typ pôdy sa volí špeciálna veľkosť a tvar vrtáka, čím je zabezpečená vysoká účinnosť a rýchlosť prieniku.

Jedinečnosť technológie rotora

Rotačné vŕtanie studní sa vykonáva v troch etapách:

1. Ničenie horniny pomocou dláta.
2. Odstránenie zničenej horniny na povrch prúdom vstrekovanej vody.
3. Posilnenie stien studne plášťovými rúrami.

Odstránenie zničenej pôdy sa vykonáva spätným alebo priamym umývaním. Výber spôsobu splachovania závisí od konkrétnych podmienok: hĺbka studne, typ pôdy, dostupnosť požadovaného objemu splachovacej vody.

Súkromné ​​farmy spravidla používajú technológiu vŕtania s priamym obehom, ktorá zahŕňa tieto kroky:

• zapichnutie vrtáka s veľkým priemerom do zeme;
• rotácia bitu pod vplyvom rotora;
• inštalácia vrtných rúr a inštalácia vážených rúr medzi nimi a korunkou;
• odstraňovanie odpadovej pôdy tlakom kvapaliny pomocou čerpadla;
• inštalácia plášťovej rúry, aby sa zabránilo pádu pôdy do studne;
• vŕtanie s vrtákom menšieho priemeru a opakovanie celého cyklu.

Počas spätného preplachovania sa zemina zo studne odstraňuje cez potrubia vrtnej kolóny a preplachovacia kvapalina sa naleje medzi steny studne a potrubia.

Voda gravitačne prúdi do vopred pripravenej nádrže, kde sa čistí od zeminy a kalu a vracia sa do vrtnej kolóny pre novú časť odpadovej horniny.

V niektorých prípadoch sa pri vykonávaní rotačného vŕtania nepoužíva priame alebo spätné preplachovanie, ale fúkanie vzduchom pod tlakom vytvoreným pomocou kompresora

Výhody a nevýhody rotačného vŕtania

Hlavnou výhodou rotačnej metódy je možnosť vŕtať hlboké studne s nasávaním vody do puklinového vápenca.

Okrem toho má táto metóda vŕtania nasledujúce výhody:

• vysoká kvalita otvorenia zvodnenej vrstvy v skalnom podloží;
• možnosť konštrukcie studne s veľkým priemerom až do 200 cm;
• vysoká rýchlosť vŕtania, nízka spotreba energie.

Významnou nevýhodou rotačného vŕtania je potreba organizovať preplachovanie studní.

Aký spôsob vŕtania si mám vybrať?

Všetky uvažované metódy mechanického vŕtania sa široko používajú na výstavbu studní nesúcich vodu.

Aby sme to zhrnuli, môžeme povedať, že:

1. Na prienik do plastických ílovitých pôd je vhodné použiť jadrové vŕtanie.Metóda jadra je vhodná na výstavbu väčšiny vodných diel, v prípade potreby sa používa v spojení s metódou rázového lana.
2. Šnekové vŕtanie má podobný rozsah ako jadrová metóda. Odlišuje sa od neho v zlej kvalite čistenia vrtu a vyžaduje povinné používanie bailera alebo dlhodobé preplachovanie studne pred prevádzkou.
3. Rotačné vŕtanie je najlepšou možnosťou na vŕtanie studní v skalnatých pôdach.

Náklady na vývoj vrtu pomocou konkrétnej metódy vŕtania do značnej miery závisia od toho, aké zariadenie sa používa, ako aj od kategórií vŕtateľnosti vŕtaných hornín.

Správne zvolený spôsob vŕtania studne pomôže nielen skrátiť čas strávený vŕtaním, ale umožní vám aj v budúcnosti bezproblémovú prevádzku vodného zdroja

O tom, ako vyrobiť vrtnú súpravu vlastnými rukami, si môžete prečítať v inom populárny článok našej stránke.

Závery a užitočné video na túto tému

Video #1. Ukážka princípu klasického jadrového vŕtania s ťažbou jadra tlakom vody:

Video č. 2. Vlastnosti vŕtania studne pomocou šneku:

Video č. 3. Jadrové vŕtanie studne s preplachom dna a montážou dvojitého plášťa, ktorého vonkajšia časť je vyrobená z oceľových rúr, vnútorná časť je vyrobená z polyméru:

Vŕtanie studne je náročný na prácu. Od správnosti zvoleného spôsobu vŕtania závisí nielen rýchlosť zriadenia autonómneho zdroja vody, ale aj finančné náklady.

Prvá vec, ktorú by ste mali venovať pozornosť pri výbere metódy vŕtania, je typ pôdy a hĺbka vodonosnej vrstvy. Na základe týchto parametrov si môžete vybrať najlepšiu možnosť, ktorá vám umožní rýchlo a lacno vyvŕtať studňu.

Chceli by ste sa podeliť o históriu vŕtania studne na vlastnej stránke alebo užitočné informácie k téme článku? Zanechajte komentáre v bloku nižšie. Tu môžete položiť otázku alebo poukázať na kontroverzné body v texte.