Что такое шнековое бурение скважин

Что такое бурение скважины шнеком

Шнековое бурение скважины– это технология, предполагающая разрыхление твердых пород металлическими резцами бура. Будучи закрепленными на валу по спирали, они позволяют вынимать грунт из шурфа, не останавливая производственный процесс. Говоря утрированно, процедура выдачи породы на поверхность схожа на мясорубку, а дробление сродни процессу вкручивания самореза.

Особенности бурения шнеком

Метод применим при разработке рыхлых и сыпучих грунтовых пород.

Ограничением является наличие глинистых пластичных грунтов, которые налипают на бур и не выдаются на поверхность. Это означает, что процедура теряет свой смысл. Шнековое бурение – технология скоросного бурения, за сутки можно пройти до двух сотен метров.

При производстве работ необходимо учитывать температурный режим. Механическое воздействие на бур приводит к его перегреву, если скорость вращения слишком высока. Есть буры, которые оснащены системой водяного охлаждения. В данном случае предполагается подача охлаждающей жидкости в шурф. Шлам должен заполнять полости, ограниченные спиралью, не более, чем на треть.

Принцип работы шнековой установки

Технология применима для организации вертикальных скважин и горизонтальных проколов. Бурение скважины на воду шнековым буром производится по следующему сценарию:

1. Бур под собственным весом погружается в грунт, ввинчиваясь за счет острого наконечника и винтовым резцам.
2. Вращаясь, бур выдает на поверхность выработанную породу в чистом виде или в виде шлама.
3. По мере заглубления шнек наращивается за счет дополнительных секций. Беспрерывное вращение производится до момента заглубления одной штанги.

По окончании работ конструкция разбирается и вынимается, а на ее место опускаются обсадные трубы, задача которых – не дать грунту осыпаться.

Угол атаки режущих элементов по отношению к грунту зависит от его плотности. Когда порода сыпучая, мягкая, угол колеблется от 30 до 60 градусов. Твердые грунты бурят шнеками, на которых винтовая лопасть закреплена под углом 90 градусов.

Преимущества и недостатки бурения шнековым буром

Данный метод бурения скважины обладает рядом достоинств, среди которых основными являются следующие:

1. Быстрота, с которой выполняются работы.
2. Непрерывность процесса, автоматическое извлечение отработанной породы.
3. Отсутствие необходимости применение других технологий выборки грунта.

При этом имеются и недостатки:

• Есть ограничение по глубине бурения.
• Для производства работ требуется применять специальные установки, обеспечивающие необходимое давление на бур в процессе вращения.

Размеры шнековых буров и особенности

Применение различных по диаметру буров обусловлено способностью перегреваться. В соответствии с габаритами бурового инструмента определяется быстрота вращения.

Технология шнекового бурения на воду предполагает, что:

1. Если диаметр бура до 20 см, то скорость вращения должна находиться в диапазоне 150-200 оборотов в минуту.
2. Для диаметра до 10 см, скорость вращения за минуту может быть больше. Предел – 500 оборотов за 60 сек.

Данное соотношение скорости и диаметра нужно учитывать на этапе проектирования буровой установки, если она собирается собственными руками. В интернете можно найти рекомендации о том, как правильно произвести монтаж.

Рекомендации

Независимо от метода бурения, оборудование должно иметь режущие кромки, которые способны противостоять механическому воздействию. Для этого долото и края винтового резца наплавляются твердосплавным металлом, и применять нужно именно этот инструмент. Вынуть шнек на поверхность при окончании работ нужно аккуратно.

Важно не потерять секции, не повредить бур и не спровоцировать обрушение стенок шурфа.

Только после этого устанавливаются обсадные трубы, которые могут быть металлическими или пластиковыми. При формировании обсадного трубопровода нужно обеспечить герметичность соединений. Если это стальные трубы, то лучше их сварить. ПНД имеют специальную резьбу, что упрощает задачу.

При подборе оснащения преимущество отдают пустотелым шнекам. Воздух способствует охлаждению. Если по каналу подавать воду, процедура облегчается за счет дополнительного размягчения грунта, что продлевает ресурс бура. Сухой грунт способствует быстрому износу рабочих граней.

Описанная технология подходит для самостоятельного применения, если речь идет о неглубоких скважинах. Когда это абиссинский колодец, проблем, скорее всего, не будет. Сложности начнутся, если требуется пробурить скважину на песок. Но если нужна артезианская вода, то бурение собственными силами практически невозможно, и придется нанимать бригаду специалистов и специализированную технику.

Шнековое бурение скважин: особенности технологии и снаряда для бурения вручную и установкой

Шнековое бурение скважин для питьевой воды – самый популярный сегодня способ бурения на территории частных домохозяйств. Самостоятельно устроить неглубокую водоносную скважину можно с помощью ручного земляного бура. Чтобы облегчить труд, нередко задействуют малогабаритные буровые установки с приводом.

Мы расскажем, почему этот метод настолько популярен. Разберем, чем он отличается от других способов бурения, в каких ситуациях его эффективно применять. В статье детально описана шнековая технология и конструкция бурильного оборудования, а также буровой инструмент, применяемый в ручном и механическом бурении.

Специфика шнекового бурения

Буровая скважина представляет собой выработку цилиндрической формы в земной коре, которая при большой протяжённости имеет малое поперечное сечение. Её начало называют устьем, боковую поверхность – стенками, а дно выработки – забоем.

Оптимальный способ бурения выбирают с учётом функционального назначения скважины, нужного диаметра и глубины. Важно учесть физико-механические свойства пород, которые необходимо пройти в процессе формирования водозаборной выработки.

Влияет также технико-экономическая целесообразность бурения в конкретных условиях. Это значимый этап при проектировании скважин, в ходе которого определяют базовые технологические решения – тип используемого оборудования и режимы бурения.

При проектировании и последующем бурении водозаборных скважин необходимо ориентироваться именно на долгосрочность использования. Важна способность сохранять стабильный дебет и неизменную водопроницаемость призабойной зоны в течение длительного периода времени.

Процесс бурения скважины включает несколько рабочих операций:

1. Разрушение породы на забое, то есть отделение частиц от массива.
2. Транспортировку отработанного грунта на поверхность.
3. Подготовку скважины к эксплуатации путем прочистки и обустройства ствола, а также проведения промывки водозаборной выработки.

Эффективность бурения напрямую зависит от заложенных природой физико-механических свойств, а именно: плотности сложения, пористости, водопроницаемости несвязных грунтов, консистенции глинистых связных пород.

Для бурения скальных пород, характеризующихся монолитностью и кристаллическим типом связей между частицами, данный способ не подходит. Чем прочнее консолидированы минеральные зерна в составе породы, тем большая работа расходуется на её разрушение.

Преимущества и недостатки метода

Шнековый вариант бурения применяют и в промышленности, и в гражданском строительстве, и в ручном бурении скважин. Отличительная особенность его заключается в удалении разрушенной породы не промывочной жидкостью или специальными газожидкостными смесями, а непосредственно деталями шнекового снаряда.

Различают вертикально и горизонтально направленное шнековое бурение. Первый метод задействуют при устройстве водоносных скважин, а также для формирования отверстий под сваи. Второй – используют при прокладке инженерных коммуникаций бестраншейным способом.

Этот метод обеспечивает одновременно высокую скорость проходки в нескальных грунтах на глубину до 50-80 метров, позволяющий сразу формировать стенки выработки путем установки колонны обсадных труб.

Ещё один плюс – извлечение отработанного грунта на поверхность без подъёма инструмента. И еще: поскольку для шнекового бурения не нужно промывочной жидкости, его успешно применяют в безводных регионах, а также используют в периоды с преобладанием низких температур.

Сегодня бурение шнековыми агрегатами используют:

• Для устройства индивидуальных водозаборных скважин;
• При строительстве фундаментов из винтовых/буронабивных свай;
• Для установки ограждений и железобетонных опор;
• При выполнении бестраншейной прокладки коммуникаций;
• Для строительства неглубоких колодцев и приямков.

Однако есть и недостатки. Шнеками невозможно выбурить скважину в породах высокой твёрдости. При проходке в твердых и полутвердых суглинках, глинах с прослойками известняка могут возникнуть осложнения, а при бурении абразивных пород отмечается большой расход бурового сняряда.

Кроме того, есть ограничение по глубине выработки. Устроить скважину глубиной более 80 метров таким способом очень тяжело.

Технология вертикальной проходки выработок

Шнек – высокопрочная бурильная труба с навитой спиралью, которая выполняет функцию вертикального винтового транспортёра. Под действием осевой нагрузки рабочая часть бурового снаряда внедряется в породу и разрушает её путём резания и разрыхления. Одновременно шнековым буром производится подача отработанного грунта на спираль шнека.

Под действием центробежных сил разрыхленный грунт поднимаются по лопастям буровой колонны вверх. Подъём происходит благодаря скольжению по спирали, так как трение грунта о шнек меньше, чем о стенки скважины.

Так разрушенная порода доставляется в измельченном состоянии от забоя на поверхность, и выбрасывается через устье скважины. При незатрудненной транспортировке грунт заполняет 30-40% от всего объёма межвиткового пространства.

Параметры шнековой колонны должны обеспечивать быстрый подъём всей массы грунта, разрушенного шнеком. Однако при бурении часть разрыхленного грунта осыпается обратно на забой. Потому при выполнении шнекового бурения и требуется более усиленная прочистка ствола, а по завершении нужна обязательная промывка.

Горизонтально направленное бурение шнеком

При монтаже инженерных коммуникаций различного функционального назначения под препятствиями (автомагистралями, железнодорожными путями, лесными массивами) применяют горизонтально направленное шнековое бурение.

На начальном этапе работ роют два котлована – стартовый (рабочий) и приёмный. Они должны находиться на одном уровне со спроектированной скважиной. После этого в рабочий котлован спускают и монтируют необходимое оборудование.

Такое оборудование имеет большой ход подачи и оснащено износостойкой буровой головкой из высоколегированной стали. На нём также установлен зонд для отслеживания бурения. Получая на монитор сигналы, оператор контролирует ход процесса и может корректировать направление движения, а также угол наклона буровой головки.

Когда шнек входит в приёмный котлован, то есть конечную точку согласно проекту, бур снимают. Вместо него фиксируют расширитель и трубу. После этого запускают вращение лопастей в обратном направлении, чтобы затянуть трубу в готовую скважину. По окончанию бурильных работ из стартового котлована извлекают шнековую установку.

Бестраншейный метод позволяет осуществлять прокладку труб под коммуникации ниже уровня грунтовых вод длиной до 80 м. При этом все сложные работы выполняются без трудоемкой разработки траншей, что даёт возможность минимизировать время исполнения и сократить финансовые затраты.

Применяют горизонтальное шнековое бурения при укладке напорных трубопроводов и монтаже систем связи в зонах, где произвести прокладку другими способами невозможно. Главное преимущество бестраншейной прокладки – экономичность. Кроме того, для поддержки устойчивости готовой выработки нет необходимости использовать бетонит или другие полимеры.

Особенности бурения в разных породах

Базовые технологические параметры бурения скважины – осевая нагрузка и частота вращения винта шнекового транспортёра. При увеличении нагрузки непременно повышается и скорость проходки, что может привести к возникновению разных аварийных ситуаций.

Поэтому обязательно нужно следить, чтобы объём отделяемой в единицу времени шнеком породы не превышал производительности транспортёра. В противном случае на витках образуются пробки.

Как правило, пластичные глинистые породы, пески рыхлые и средней плотности бурят без принудительной подачи осевой нагрузки. Шнековый инструмент внедряется в грунт под своим весом, а также за счёт реактивного усилия, возникающего при подаче отработанной породы к устью цилиндрической выработки.

Осевые нагрузки до 5 кН обычно создают при стартовом забуривании скважины, при бурении в твердых супесях, суглинках, глинах, аргиллитах, алевролитах. Частота вращения колонны при этом не должна превышать 1,7-3,3 с -1 .

При более высоких частотах внутри возникают вибрации, из-за которых звенья буровой колонны могут утратить соединения. В итоге буровой снаряд останется на забое, достать его практически невозможно, значит, придется бурить новую выработку. А при малых частотах сильно затрудняется транспортировка отработанного грунта наверх.

С увеличением твёрдости пород осевые нагрузки повышают. Бурение в гравийных и дресвяно-щебнистых грунтах, мёрзлых суглинках, водонасыщенных песках, алевролитах с включением кварца производят с осевой нагрузкой 8-10 кН на долото и частотой вращения колонны 1,3-2,2 с -1 .

Галечники и породы с включением валунов шнековым методом не бурят. Эти окатанные обломки скальных пород разрушают долотом и поднимают на дневную поверхность желонкой.

Бурение в песках различной плотности и степени насыщения водой, гравийных и щебенистых отложениях ведут при больших оборотах и одновременно укрепляют стенки выработки обсадными конструкциями.

Чтобы этого избежать, снижают скорость бурения до минимально возможной, расхаживают колонну и добавляют воду в скважину. Также в подобной ситуации помогает периодический подъём бурильного инструмента на поверхность и очистка от налипшего суглинка.

Инструмент для шнекового бурения

Инструменты для шнекового бурения скважин по типу конструкции различают по числу витков и геометрии режущей части. Для проходки в твердых и полутвердых супесях и суглинках нередко используют буровые снаряды, кромка которых снабжена дополнительными резцами.

Чаще всего для проходки водозаборной выработки для частников используют только один стартовый шнек без каких либо дополнений, т.к. бурить предстоит осадочные связные и несвязные породы. При заглублении инструмент просто наращивают буровыми штангами.

В этом случае снаряд из ствола скважины извлекают через каждые 0,5 – 0,7 м, чтобы очистить сам бур и забой от разрушенной породы. Это более экономичный, но и более трудоемкий вариант бурения.

Для разбуривания валунов и гальки, которые могут встретиться в осадочных грунтах, переходят на ударно-канатный метод. Как правило, используют для этого долото, выполненное из инструментальной стали. Этот заостренный с нижнего торца бур с усилием “бросают” на забой до тех пор, пока не разрушат “твердую преграду”.

После разрушения гальки или валуна осколки извлекают на поверхность стаканом (колонковой трубой) или желонкой. Затем снова переходят на шнековый метод. Чаще всего для проходки выработки приходится использовать несколько буровых способов в комплексе.

При бурении рыхлых песков и мягких суглинков используют буровые шнековые снаряды с развёрнутыми к забою лопастями под углом 30-60º, а для бурения в связных глинистых породах – 90º.

Получают эту спираль путём намотки высокопрочной стальной ленты диаметром 5-7 мм на винтовую оправку. Её растягивают на трубе/стержне, после чего приваривают.

Чем больше диаметр трубы-основы, тем меньше транспортирующая способность шнека. Однако диаметр длинномерного изделия ограничен механической прочностью шнека, а также технологией его производства.

Сегодня изготовляют два вида шнеков:

• С центральным отверстием, то есть полые;
• Утяжелённые – без отверстия.

Чтобы минимизировать износ винтового транспортёра при бурении в абразивных породах, на наружную кромку наворачивают полосу из стали или же наплавляют на поверхность слой металла.

При высоких скоростях шнекового бурения над снарядом фиксируют специальный переходник с двухзаходной навивкой полосовой стали. При этом основная масса породы попадает на винтовой транспортёр без перетирания.

На конце трубы с навитой спиралью обязательно приваривают элементы соединения. Различают два типа соединения шнеков: безрезьбовое и резьбовое. В первом случае шнеки соединяются муфтовыми замками и удерживаются за счёт металлических пальцев с фиксаторами, во втором случае – методом ввинчивания.

Резьбовое соединение шнеков в бурильную колонну даёт возможность механизировать их соединение и разъединение при выполнении спуско-подъёмных операций, при подаче жидкости на забой. Но есть и существенный минус – возможности обратного вращения шнеков в этом случае нет. А потому безрезьбовое соединение получило более широкое распространение.

Специальные буровые установки, как правило, включают набор шнеков разных диаметров.

Полые шнеки с резьбовым типом соединения задействуют при бурении с продувкой, для откачки воды при проходке цилиндрических выработок в земной коре, для установки заряда в геофизические скважины, для закачки бетона в отверстия под сваи. Также их можно использовать в качестве обсадной колонны.

При бурении сплошным забоем центральный канал перекрывают буровым инструментом на канате.

Обзор буровых станков

Для шнекового бурения задействуют как ручные инструменты, так и механизированные установки. Самым простым по конструкции является ручной земляной бур. Он состоит из стержня/трубы с винтообразным ножом и жёстко зафиксированной Т-образной ручки.

Бурильный инструмент такого типа ввинчивают в грунт подобно штопору. В процессе проходки выработки его наращивают штангами. Ручные земляные буры изготовляют разборными, чтобы было максимально удобно их перевозить в легковом автотранспорте. Также это позволяет изменять длину шнековой буровой колонны.

Ручным инструментом можно делать отверстия глубиной до 2-х метров при диаметре не более 20 сантиметров. Существуют и мотобуры с бензиновым или электрическим приводом. Их конструкция включает винтовой транспортёр, то есть шнек, и двигатель с редуктором. Вращение вала мотора обеспечивает движение шнека.

С использованием приводного инструмента при наличии буровых штанг для наращивания можно бурить скважины глубиной до 25 метров. При диаметре до 30 сантиметров его используют под установку опор освещения на улице, для монтажа столбов ограждений, шурфов для осмотра фундамента, грунтового основания.

Мобильные агрегаты представляют собой станки небольших размеров с электро- или бензомотором. С их помощью можно быстро пробурить скважину для дачи подготовить большое количество ям для опор различного функционального назначения.

Нередко такие буровые станки изготовляют в виде прицепа к легковым авто, чтобы облегчить транспортировку к месту проведения работ.

В гражданском и промышленном строительстве для формирования выработок большой глубины и диаметра задействуют шнековое спецоборудование, зафиксированное на передвижной технике – грузовых автомобилях, тракторах.

Его используют при монтаже опор высоковольтных линий электропередач и столбов уличного освещения, при установке опор заборов стадионов, спорткомплексов, промышленных объектов, аэродромов. Помимо этого, с помощью шнековых буровых установок на передвижной технике строят шпунтовое ограждение котлованов, ставят винтовые сваи.

Полезное видео по теме

Шнековое бурение водозаборной скважины глубиной 20 м на территории частного домохозяйства:

В этом видео показана технология горизонтального шнекового бурения скважины для прокладки коммуникаций под автомагистралью:

Устройство свай непрерывным шнеком большого диаметра с центральным каналом. Для проведения работ используется буровая установка Bauer BG-30 и высокопроизводительный стационарный бетононасос Liebherr:

Шнековый способ обеспечивает высокие темпы бурения скважин. Разработка скважины и подача отработанного грунта от забоя к устью выработки происходит одновременно и непрерывно, что экономит и время, и усилия буровиков, и вложенные в проект средства. Поэтому метод шнекового бурения и пользуется популярностью.

Оставляйте, пожалуйста, комментарии в находящейся ниже блок-форме. Расскажите, приходилось ли вам использовать ручной шнековый инструмент или бурить на малогабаритном буровом станке с использованием шнека. Поделитесь технологическими тонкостями, которые могут пригодиться посетителям сайта.

Технология и тонкости шнекового бурения скважин

Здесь вы узнаете:

Шнековое бурение скважин отличается высокой скоростью проходки, но такое бурение невозможно осуществить в породах высокой твердости. Применяют такое оборудование: ручные шнековые установки, самоходные легкие и тяжелые, буровые установки СО-2 и ЛБУ.

Что такое шнековое бурение

Суть процесса заключается в разрушении долотом породы, с последующей доставкой ее на поверхность с помощью винта шнека, который вращается с большой частотой. Такой метод используется при наличии породы невысокой твердости и без промывки скважины.

Особенности процесса:

• При шнековом бурении обеспечивается большая скорость работ без перемалывания и истирания уже отделенной от забоя породы.
• Забой очищается непрерывно, одновременно с разрушением породы.
• При отделении от забоя порода поступает на винт-шнек, который вращается с большой скоростью. Возникающие при этом центробежные силы прижимают ее к стенкам, а постоянно движущаяся винтовая лента поднимает породу вверх. При этом часть породы ребордой ленты втирается в стенки.
• При таком процессе забой хорошо очищается от разрушенной породы. Это обеспечивает большие скорости бурения до IV категории пород по буримости.
• Большая механическая скорость обеспечивается при прохождении слабых цементированных отложений мелкой гальки и щебня. Связано это с тем, что последние не разрушаются, а выносятся на поверхность целиком.
• Шнековый транспортёр плохо работает в вязких глинах, налипающих на шнеки и препятствующих транспортировке выбуренной породы.
• Долото и шнеки охлаждаются за счет их быстрого заглубления в мягкие породы с постоянно изменяющейся температурой.
• Шнековое бурение можно производить на глубину от 1,5 до 80 метров.
• Используется такой процесс для проходки поисковых и инженерно-геологических скважин, при гидрогеологических исследованиях в сочетании с другими методами.

Преимущества бурения шнеком в мягких породах:

• Высокая скорость углубления.
• Транспортировка породы осуществляется без подъема инструмента, непрерывно.
• Бурение можно производить без промывки.
• Сравнительно малая глубина бурения.
• Вращение тяжелой шнековой колонны требует большей мощности.

В конструкцию инструмента для бурения шнеками входят:

Инструмент для бурения скважин

Совет: Чтобы увеличить ресурс долота его нужно армировать твердосплавными резцами. Диаметр долота должен быть на 15-20 мм больше, чем диаметр шнека, для свободного вращения в скважине колонны шнеков, из-за того, что на ее стенках образуется шламовая корка.

Наибольшей популярностью пользуются двух- и трехлопастные долота. У трехлопастного долота корпус выполнен методом литья из стали с зубчатыми лопастями, имеющими наклон по винтовой линии.

Чем отличаются роторное и шнековое бурение скважин

Не следует путать эти виды бурения. Рабочий орган установки для роторного бурения – тоже металлическая колонна с долотом на конце. Но порода при погружении инструмента не транспортируется наверх автоматически, а вымывается глинистым раствором или выдувается. Различия методов:

• глубина бурения шнеком – от полутора до 120 метров, самая глубокая роторная скважина – 9 км;
• условия работы. Поскольку роторная технология задействует раствор, есть ограничения по внешней температуре. Рекомендуемая температура при бурении шнеком – до минус 20. Это популярный способ при бурении зимой, а ротором лучше работать в теплое время;
• в отношении грунта роторный метод почти универсален, а шнек рекомендован для сухих мягких почв;
• скорость шнекового бурения получается выше, поскольку можно работать одним инструментом безостановочно. При роторном часто меняют насадки;
• стоимость роторного бурения выше за счет большей сложности технологии: вымывание, выдувание, монтаж осадочных колец.

Из-за этих различий роторный и шнековый метод применяются в разных ситуациях:

• роторный – преимущественно при устройстве артезианских скважин, на твердых грунтах, при глубинной разведке;
• шнековый – при устройстве скважин малой глубины: на воду в районах с неглубоким залеганием водоносного слоя, на мягком грунте, в зимний период; для фундаментов; для инженерно-геологических исследований.

Особенности бурения шнеком

Метод применим при разработке рыхлых и сыпучих грунтовых пород.

Ограничением является наличие глинистых пластичных грунтов, которые налипают на бур и не выдаются на поверхность. Это означает, что процедура теряет свой смысл. Шнековое бурение – технология скоросного бурения, за сутки можно пройти до двух сотен метров.

При производстве работ необходимо учитывать температурный режим. Механическое воздействие на бур приводит к его перегреву, если скорость вращения слишком высока. Есть буры, которые оснащены системой водяного охлаждения. В данном случае предполагается подача охлаждающей жидкости в шурф. Шлам должен заполнять полости, ограниченные спиралью, не более, чем на треть.

Технология вертикальной проходки выработок

Шнек – высокопрочная бурильная труба с навитой спиралью, которая выполняет функцию вертикального винтового транспортёра. Под действием осевой нагрузки рабочая часть бурового снаряда внедряется в породу и разрушает её путём резания и разрыхления. Одновременно шнековым буром производится подача отработанного грунта на спираль шнека.

Под действием центробежных сил разрыхленный грунт поднимаются по лопастям буровой колонны вверх. Подъём происходит благодаря скольжению по спирали, так как трение грунта о шнек меньше, чем о стенки скважины.

Так разрушенная порода доставляется в измельченном состоянии от забоя на поверхность, и выбрасывается через устье скважины. При незатрудненной транспортировке грунт заполняет 30-40% от всего объёма межвиткового пространства.

Параметры шнековой колонны должны обеспечивать быстрый подъём всей массы грунта, разрушенного шнеком. Однако при бурении часть разрыхленного грунта осыпается обратно на забой. Потому при выполнении шнекового бурения и требуется более усиленная прочистка ствола, а по завершении нужна обязательная промывка.

Горизонтально направленное бурение шнеком

При монтаже инженерных коммуникаций различного функционального назначения под препятствиями (автомагистралями, железнодорожными путями, лесными массивами) применяют горизонтально направленное шнековое бурение.

На начальном этапе работ роют два котлована – стартовый (рабочий) и приёмный. Они должны находиться на одном уровне со спроектированной скважиной. После этого в рабочий котлован спускают и монтируют необходимое оборудование.

Такое оборудование имеет большой ход подачи и оснащено износостойкой буровой головкой из высоколегированной стали. На нём также установлен зонд для отслеживания бурения. Получая на монитор сигналы, оператор контролирует ход процесса и может корректировать направление движения, а также угол наклона буровой головки.

Когда шнек входит в приёмный котлован, то есть конечную точку согласно проекту, бур снимают. Вместо него фиксируют расширитель и трубу. После этого запускают вращение лопастей в обратном направлении, чтобы затянуть трубу в готовую скважину. По окончанию бурильных работ из стартового котлована извлекают шнековую установку.

Бестраншейный метод позволяет осуществлять прокладку труб под коммуникации ниже уровня грунтовых вод длиной до 80 м. При этом все сложные работы выполняются без трудоемкой разработки траншей, что даёт возможность минимизировать время исполнения и сократить финансовые затраты.

Применяют горизонтальное шнековое бурения при укладке напорных трубопроводов и монтаже систем связи в зонах, где произвести прокладку другими способами невозможно. Главное преимущество бестраншейной прокладки – экономичность. Кроме того, для поддержки устойчивости готовой выработки нет необходимости использовать бетонит или другие полимеры.

Особенности бурения в разных породах

Базовые технологические параметры бурения скважины – осевая нагрузка и частота вращения винта шнекового транспортёра. При увеличении нагрузки непременно повышается и скорость проходки, что может привести к возникновению разных аварийных ситуаций.

Поэтому обязательно нужно следить, чтобы объём отделяемой в единицу времени шнеком породы не превышал производительности транспортёра. В противном случае на витках образуются пробки.

Как правило, пластичные глинистые породы, пески рыхлые и средней плотности бурят без принудительной подачи осевой нагрузки. Шнековый инструмент внедряется в грунт под своим весом, а также за счёт реактивного усилия, возникающего при подаче отработанной породы к устью цилиндрической выработки.

Осевые нагрузки до 5 кН обычно создают при стартовом забуривании скважины, при бурении в твердых супесях, суглинках, глинах, аргиллитах, алевролитах. Частота вращения колонны при этом не должна превышать 1,7-3,3 с-1.

При более высоких частотах внутри возникают вибрации, из-за которых звенья буровой колонны могут утратить соединения. В итоге буровой снаряд останется на забое, достать его практически невозможно, значит, придется бурить новую выработку. А при малых частотах сильно затрудняется транспортировка отработанного грунта наверх.

С увеличением твёрдости пород осевые нагрузки повышают. Бурение в гравийных и дресвяно-щебнистых грунтах, мёрзлых суглинках, водонасыщенных песках, алевролитах с включением кварца производят с осевой нагрузкой 8-10 кН на долото и частотой вращения колонны 1,3-2,2 с-1.

Галечники и породы с включением валунов шнековым методом не бурят. Эти окатанные обломки скальных пород разрушают долотом и поднимают на дневную поверхность желонкой.

Бурение в песках различной плотности и степени насыщения водой, гравийных и щебенистых отложениях ведут при больших оборотах и одновременно укрепляют стенки выработки обсадными конструкциями.

Чтобы этого избежать, снижают скорость бурения до минимально возможной, расхаживают колонну и добавляют воду в скважину. Также в подобной ситуации помогает периодический подъём бурильного инструмента на поверхность и очистка от налипшего суглинка.

Где применяется шнековое бурение

Шнековое бурение применяется в основном при бурении песчаных и песчано-гравийных грунтов, а также пород средней твердости для взрывных скважин, инженерных и гидрогеологических исследований, геологической съемке, разведки полезных ископаемых, картировании и т.п. популярно при бурении скважин на воду.

Глубина скважины, обычно до 50 метров, но в зависимости от грунтов может составлять до 100-120 метров.

Диаметр бурения шнеками, обычно от 60 мм до 600-800 мм. В некоторых случаях, для неглубоких скважин, используются шнеки диаметром 1500 мм и более.

Преимущества и недостатки шнекового бурения

Среди положительных сторон стоит выделить такие плюсы:

• Работы выполняются быстро.
• Стены скважины самопроизвольно закрепляются в ходе выемки грунта на поверхность.
• Процесс проходит непрерывно.
• Имеется возможность создавать скважину большой глубины.
• Для выборки почвы не нужно использовать сторонние разработки.
• безопасность бурения.
• Нет необходимости в подаче бурильной жидкости.

Малогабаритная буровая установка для бурения скважин на воду

Но есть и обратная сторона медали – главный минус заключается в ограниченности по части типа грунта. То есть шнековая технология неприменима на участках с очень плотным или вязким грунтом.

Оборудование

Шнековые установки для бурения скважин разделяются на три типа:

• ручные;
• легкие передвижные;
• тяжелые передвижные.

Они предназначаются для разных задач однако работают по одному принципу.

Ручные установки

Основное достоинство таких моделей это легкий вес и компактность. Многие модели оснащаются мотором, что значительно облегчается процесс сверления отверстий в земле.

Основные характеристики ручных моделей:

• компактность;
• небольшой вес – максимальная масса установки достигает 200 кг, средняя же весит до 50-80 кг;
• используются для бурения питьевых скважин, а также других строительных работ.

Благодаря своей компактности, эти малогабаритные установки могут применяться в любых условиях. Также можно вести работы в помещениях, например в подвале.

Легкие самоходные установки

Это более мощные агрегаты, которые устанавливаются на базу грузовых автомобилей. Благодаря этому облегчается их транспортировка. Кроме того, они могут использовать шасси автомобиля в качестве платформы для бурения.

Особенности:

• вес установок может достигать 1 тонны;
• легкость передвижения;
• высокая производительность.

Естественно, такие агрегаты выигрывают ручных, однако это уже промышленное оборудование.

Тяжелые установки

Они также монтируются на базе шасси тяжелого грузового транспорта. Однако в отличие от легких, они представляют собой уже буровой комплекс, т.к. интегрированы с системами автомобиля.

Особенности:

• управление установкой с автомобиля;
• возможность бурения скважин больших диаметров и глубин;
• автономная работа – не требуется подключение дополнительного оборудования.

Таким образом, установки для этого типа бурения довольно широко представлены на строительном рынке. И позволяют выполнять разные типы работ, а также ориентированы на все группы потребителей – от домовладельцев до крупных промышленных предприятий.

Буровые установки ЛБУ

Одна из самых популярных передвижных установок для шнекового бурения это модель ЛБУ 50. Она ставится на шасси таких грузовых машин:

Эти бурильные агрегаты отличаются высокой мощностью и надежностью. Они применяются как для изготовления питьевых скважин, так и для общестроительных и разведывательных работ.

Машина может осуществлять разные типы работ:

• шнековое бурение;
• ударно-канатное;
• с промывкой;
• с продувкой;
• колонковое.

Таким образом, она достаточно универсальна и может применяться на различных видах почв. Также, в процессе бурения станками типа лбу, можно устанавливаться обсадные трубы.

Основные характеристики:

• относится к классу самоходных установок;
• максимальный диаметр скважины – 850 мм;
• максимальная глубина проходки – 200 м;
• глубина бурения шнеками – 50 м.

В базовой комплектации установка оснащена всеми необходимыми элементами для проведения бурильных работ.

Установка СО-2

Это еще одна популярная промышленная модель. Шнековое бурение скважин станками типа со 2 применяется в основном для обустройства свай. Основой для установки служат подъемные краны, либо экскаваторы.

Основные характеристики модели:

• возможность расширять основание скважины;
• максимальная глубина бурения – 30 метров;
• максимальный диаметр – 60 см;
• тип бурения – шнековый.

Стоимость оборудования

Средняя цена бурильного оборудования может варьироваться от нескольких тысяч рублей до миллионов. Это обусловлено тем, что на рынке представлено множество моделей, ориентированных на разных потребителей.

• установка ЛБУ-50 – средняя стоимость в зависимости от базы и комплектации варьируется от 3-х до 4-х миллионов рублей;
• малогабаритные установки значительно дешевле. Например, модель УКБ-12/25 стоит около 200 тысяч, а ПМ-23 в районе 100 тысяч;
• комплекты для ручного бурения обойдутся еще дешевле – средняя стоимость будет в пределах 20-30 тысяч;
• простой шнековый бур можно приобрести за 2-3 тысячи.

Среди оборудования, наиболее популярен и разнообразен модельный ряд малогабаритных установок. Поскольку за сравнительно небольшие деньги покупатель получает полноценный бурильный агрегат.

Этапы проведения работ

Использование шнеков обеспечивает возможность создания скважин различного назначения в вертикальном либо горизонтальном направлении. При необходимости в ходе бурения применяются обсадочные трубы либо технология тампонирования стенок отверстия бетоном с поверхности под давлением.

Рабочий процесс включает несколько этапов:

• геологическую разведку с помощью специального оборудования, обеспечивающую правильность выбора участка под будущее гидрологическое сооружение;
• рытье котлована для последующего сбрасывания шлама на расстоянии около 1 м от намеченного места разработки скважины (его объемы рассчитываются исходя из размеров отверстия);
• подготовку оборудования, его монтаж на устойчивую платформу (для буровой установки, размещенной на шасси, создаются опорные точки во избежание ее подвижности во время проведения работ);
• углубление первого шнекового бура в породу, его извлечение на поверхность и возврат в исходное положение (данные операции проводятся для предотвращения налипания грунта на рабочий механизм);
• подсоединение к рабочему инструменту новой секции для достижения необходимой глубины.

По окончании всех работ поэтапно проводится выемка шнека с обязательным соблюдением специального технологического регламента во избежание его повреждений либо потери:

• колонну механизма поднимают до такого уровня, чтобы верхняя часть инструмента полностью находилась над поверхностью, а последующая секция возвышалась над ней примерно на 15%;
• для фиксации конструкции под спираль устанавливают швеллер;
• металлические крепежные скобы извлекают, бур демонтируют.

Аналогичным способом в последовательном порядке извлекаются все элементы установки.

Шнековое бурение особенности технологии и ее достоинства, этапы работ

Шнековое бурение скважин

Бурение скважин шнековым методом применяется в основном для песчаных и гравийно-песчаных грунтов. Оно производится установкой, которая имеет буровую головку, следом за которой идут шнеки, отводящие грунт. У шнекового бурения скважин есть несомненное преимущество по скорости проходки.

Кроме этого, одновременно с бурением продавливаются и укладываются стенки скважины, которые удерживают породу и предотвращают ее обрушение. Устанавливаемые стенки скважины могут быть как бетонными, так и стальными.

При шнековом бурении скважин отпадает необходимость в промывке скважины во время бурения.

Шнек – это бурильная труба, вся длина которой обвита стальной лентой. Бурение шнековым методом производится буровыми механизмами, имеющими подвижный вращатель. Шнеки соединяются резьбой или элементами, имеющими фигурное сечение.

Ход подачи при бурении шнековым методом от 1,9-15 м.

Полые герметичные шнеки оборудованы реверсивными замками, имеющими различные долота. За счет высококачественной стали замковых соединений, имеющих высокую износоустойчивость, время на бурение значительно сокращается. При этом производительность работ возрастает.

При шнековом бурении скважин на мягких и рыхлых грунтах лопасти долота должны находиться под углом 30-60о по отношению к забою. На плотных грунтах или гравийно-галечных отложениях лопасти долота должны иметь угол 90о по отношению к забою. Установка угла при бурении зависит от твердости пробуриваемого грунта.

Режущие элементы бура охлаждаются за счет разрушаемого грунта. При этом разрушенная порода поднимается по спирали шнека.

Для шнеков, имеющих размер до 100 мм частота вращения не должна превышать 500 об/мин.

При бурении скважин шнековым методом наиболее эффективными считаются шнеки, имеющие центральный канал. Через него подается воздух или вода при помощи гидравлического насоса, что снижает трение при бурении. Обычно шнековое бурение скважин производят на глубину до 50 м. В исключительных случаях бурение шнековым инструментом может производиться до глубины 100-120 м.

При бурении глубоких скважин шнековое бурение обычно комбинируют с некоторыми другими видами.

При производстве шнекового бурения скважин может быть применена технология с использованием обсадных труб или же тампонированием стен скважины бетоном под давлением с поверхности. При данном виде бурения скорость прохождения грунта в сутки может доходить до 30 метров.

В станках для шнекового бурения скважин применяются литые буровые головки, имеющие режущие лопасти и хвостовик. Режущая кромка лопастей обычно должна быть наплавлена твердым сплавом. В случае бурения на особо твердых породах буровая головка должна быть оснащена техническими алмазами.

Глубина шнекового бурения скважины проводится на размер одной штанги, затем станок отключается, штанга должна быть отсоединена от шпинделя, поднята наверх и наращена новой штангой. После этого бурение может быть продолжено.

Особенности шнеков для бурения скважин на воду

Шнеки буровой установки охлаждаются за счёт разрушаемой почвы.

При этом грунт поднимается по спирали режущего инструмента:

1. Объём грунта при средней скорости движения должен быть не больше 0,2-0,4 от общего. При этом количество вращений бура должно быть 150-200 оборотов в минуту.
2. Для режущих элементов, которые имеют размер до 10 см, частота вращения не может быть больше 500 об./мин.
3. При бурении скважин шнеками более результативными являются режущие элементы, которые имеют центральный канал. Через него идет воздух или вода при помощи гидравлики, что понижает трение при бурении грунта.

Перед шнековым бурением следует выполнить анализ грунта

Традиционно бурение шнеками скважин осуществляют на глубину до 50 м. В качестве исключения бурить оборудованием можно до глубины 120 м.

Этапы проведения работ

Шнековый способ бурения применяется для формирования скважин вертикального или горизонтального направления. В последнем случае присутствуют следующие этапы работ:

1. Осуществляется подготовка оборудования, его установка на специальную устойчивую платформу.
2. Роют котлован для удаления сыпучих и неуплотненных грунтов.
3. При помощи лазерных измерительных устройств определяют направление бурения.
4. Происходит установка всего необходимого оборудования, обсадной трубы.
5. Углубление бура происходит до упора, пока не будет достигнута максимальная глубина.
6. Рабочий инструмент извлекают на поверхность.
7. К буру подсоединяют новую секцию, что позволяет достигнуть необходимой глубины.

Вертикальное бурение происходит также, но данный метод не требует применения обсадной трубы.

Видео по теме: Первое в жизни бурение скважины обломал шнек 16 метров глины

• Михаил, Липецк — Какие диски для резки металла использовать?
• Иван, Москва — Какой ГОСТ металлопроката листовой стали?
• Максим, Тверь — Какие стеллажи для хранения металлопроката лучше?
• Владимир, Новосибирск — Что значит ультразвуковая обработка металлов без применения абразивных веществ?
• Валерий, Москва — Как выковать нож из подшипника своими руками?
• Станислав, Воронеж — Какое оборудование используют для производства воздуховодов из оцинкованной стали?

Плюсы применения шнека

Процесс бурения скважин на воду путем применения режущего элемента исключает надобность перемолки и стирания отделенного от забоя грунта. Забой выполняется в непрерывном режиме, в параллель идет разрушение почвы. При отделении от забоя земли она отправляется на винт, который вращается с высочайшей скоростью. Центробежные силы, которые сопровождают процесс, прижимают грунт к стенам скважины, тогда как беспрерывно движущаяся лента толкает землю наверх. Часть грунта остаётся на стенах колодца. Эти методики обеспечивают скорость выполнения работ до 4-ой категории пород по буру.

Плюсы вращательного бура следующие:

• Высокая скорость заглубления;
• Транспортировка грунта без подъёма оборудования;
• Непрерывное поступление почвы на поверхность;
• Не требуется выполнение промывания.

Техника для шнекового бурения стоит достаточно дорого

При всех достоинствах инструмент имеет и недостатки. Для создания колодца шнековым способом имеет значение незначительная глубина бура

Также берется во внимание вращение массивной колонны шнека, требующее прикладывания значительных усилий. Чтобы сделать больше ресурс долота, его необходимо армировать резцами из твердого сплава

Долото должно иметь сечение больше шнека на 2 см.

Наиболее востребованными долотами, применяемыми для бура шнеком, выступают те, которые имеют в комплектации 2-3 лопасти. 3-лопастный инструмент имеет корпус, сделанный методом литья из металлического материала. Когда проделывается колодец, вращение инструмента на буровом оборудовании осуществляется при помощи специальных станков

Внимание! Без знания правил не получится выполнить работы по бурению, где применяется шнековый инструмент

Первое условие перед запуском оборудования — анализ грунта на участке, второе — то, на каком расстоянии идет вода. Так, работа при помощи станочного агрегата ЛБУ-50 выполняется специальным вращателем, что исключает применение роторных и шпиндельных элементов. Это потребуется для гарантии большого вращения и создания осевого поступательного движения винта.

Если колодец надо сделать максимально быстро, то нужно применить мощные станки, которые могут гарантировать высочайшую производительность. Для этого их установка выполняется на шасси автомобиля. Бурение может осуществляться станками СО-2. В такой ситуации в тандеме с оборудованием применяется современный экскаватор.

Проделывание скважин — дело непростое, однако если иметь под рукой необходимый инструмент и следовать технологии, то пробурить колодец можно и самостоятельно.

Описание технологии

Данная технология применяется только для скважин с малым дебетом.

При шнековом бурении следует соблюдать правила техники безопасности

Стандартное шнековое бурение колодца под воду выполняется в грунте:

При помощи шнека-винта из забоя устраняется выбранная при буре земля. Шнек – это труба-бур, вся длина которой заделана лентой из стали. Работа шнеком выполняется буровыми механизмами, которые имеют подвижный вращатель. Шнек соединен резьбой или элементами, которые имеют специальное сечение. Ход подавания при буре шнеком от 1,9-15 м. Полые герметичные шнековые элементы имеют специальные замочные механизмы. За счёт высокосортной стали замка, имеющей высокую износостойкость, время на бурение в разы сокращается. При этом производительность, напротив, растет.

Достоинства и недостатки метода

Технология шнекового бурения скважин имеет множество преимуществ:

• обеспечивается высокая скорость бурения без дополнительного перемалывания отработанной породы;
• очищение углубления в грунте осуществляется непрерывно;
• обеспечивает глубину бурения от 1,5 до 70 м;
• простота технологии;
• отсутствие необходимости привлечения высокотехнологичной техники и оборудования;
• не нужно осуществлять подачу бурильной жидкости, что упрощает процесс работы;
• при необходимости скважина может размещаться под небольшим углом;
• широкий спектр применения в различных отраслях – для бурения питьевых скважин, для формирования свайных фундаментов;
• возможность осуществления геологической разведки территории.

Машины для бурения

Шнековое бурение скважин не лишено недостатков. Данный метод невозможно использовать в глинистых грунтах или при наличии почвы с большой плотностью. При попадании режущего инструмента на камень (даже небольшой по размеру) работу можно прекращать. Дальнейшее передвижение становится невозможным. Также при углублении шнека на значительную глубину необходимо приложить немало усилий.

Шнековое бурение скважин технология

Считается, что шнековое бурение является самым дешевым и простым методом бурения скважин.И действительно, бурение шнековым методом отличается высокой скоростью проходки (до 100-300 м за смену).

Если совсем просто объяснять принцип работы шнекового бурения, можно вспомнить ледовый бур, которым зимой пользуются рыбаки для того чтобы сделать лунку. Ледовый бур устанавливается вертикально и за счет вращения и нажима врезается в лёд.

Если же говорить о технологии, то при бурении скважины в теории не сильно сложнее.

Где применяется шнековое бурение

Шнековое бурение применяется в основном при бурении песчаных и песчано-гравийных грунтов, а также пород средней твердости для взрывных скважин, инженерных и гидрогеологических исследований, геологической съемке, разведки полезных ископаемых, картировании и т.п. популярно при бурении скважин на воду.

Глубина скважины, обычно до 50 метров, но в зависимости от грунтов может составлять до 100-120 метров. Диаметр бурения шнековым способом, обычно от 60 мм до 600-800 мм. В некоторых случаях используются шнеки диаметром 1500 мм и более.

Технология шнекового бурения

Шнековое бурение является одним из методов вращательного бурения и осуществляется установкой которая имеет буровую головку, а следом идут шнеки, с помощью которых на поверхность транспортируется разрушенная порода (шлам).

Разрушение породы происходит за счет вращения буровой головки, под которой понимается лопастное долото или бур. Инструмент разнообразный и подбирается исходя из свойств породы.

Слева направо: Лопастной бур; Долото двухлопастное; Долото трехлопастное.

Буровая головка и шнек могут быть раздельными или одним целым, последнее называют шнекобуром.

Затем шлам по спирали (реборде) шнека транспортируется на поверхность.

Причем, шнек выбирается исходя из того, что межвитковое пространство должно быть занято транспортируемой породой на 0,2-0,4 объема.

Это необходимо учитывать потому что в таком случае происходит нормальное охлаждение шнека за счет быстрого заглубления и постоянного потока породы разной температуры. Нагрев же происходит из-за быстрого вращения и трения о стенки скважины.

Реборда шнека служит только для транспортировки разрушенного грунта, а значит разрушающий инструмент (долото или бур) должен быть большего диаметра.

Плюсы

• Непрерывный процесс подъема грунта на поверхность;
• Шнековая колонна не требует подъема во время бурения;
• Высокая скорость углубления (До 100-300 метров за смену).

Минусы

• Необходимо быстрое вращение большой и тяжелой шнековой колонны, следовательно, буровая установка должна быть мощной;
• Относительно небольшая глубина бурения, обычно до 50 метров;
• При попадании на валун дальнейшая проходка может стать проблемой, скорее всего бурить придётся рядом;
• Бурение в породах высокой твердости невозможно;
• В липких и вязких грунтах возможно налипание.

Технология бурения

Что такое Скважина

Для бурения скважин шнековым способом происходит постоянное вращение рабочего инструмента с лопастями. Это обеспечивает бесперебойную подачу отработанной породы на поверхность, что очень удобно. Шнеки, осуществляющие все предвиденные технологией операции, состоят из центральной трубы, которую также называют буровой штангой. По ее поверхности по всей длине под определенным углом размещается стальная полоса. Именно она транспортирует разрушению почву на поверхность.

В конструкции шнека присутствует острый наконечник, который осуществляет врезку в грунт. Чаще всего его делают съемным. Это позволяет менять наконечник, зависимо от типа обрабатываемого грунта. При шнековом бурения чаще всего применяются следующие типы наконечников:

• долото, оснащено трема лопастями;
• лопастный бур;
• долото с двумя лопастями.

Во время бурения скважин на воду одновременно происходит формирование и укрепление ее стенок. Для этого может использоваться бетон или металл. Также следует не забывать, что данный метод редко применяется для производства глубоких скважин. Но при необходимости длина проходки может достигать 50 м. Поэтому шнек для бурения оснащается дополнительными секциями.

При шнековом бурении обязательно нужно сразу укреплять скважину

Правила шнекового бурения

Процесс бурения скважин на воду описанным выше способом имеет много преимуществ, одно из которых состоит в оперативности прохода. В то же время с производством бурения идет продавливание и установка стен колодца, что оказывает помощь в удержании грунта, исключая его осыпание. Устраиваемые стены могут быть металлическими или бетонными.

Этот способ используется только для таких колодцев на воду, которые имеют маленький дебет. Благодаря винту из забоя забирается почва. Устройство представляет собой специальную трубу, которая целиком обвита лентой из металла. Процесс предусматривает применение буровых агрегатов, которые устраивают подвижным вращателем. Резаки соприкасаются резьбой или деталями, что имеют фигурное сечение. Шаг подачи имеет предел до 15 м.

Для выполнения шнекового бурения необходимо минимум 2 человека

• Включают в конструкцию полости;
• Имеют реверсы-замки;
• Снабжены разными долотами.

Стальная поверхность устойчива к износу, что дает возможность уменьшить период работы в разы. Если бур осуществляется на участке с мягкими и рыхлыми почвами, то лопасти долота надо устраивать под углом примерно 30-60° к забою. Если же бурить таким методом приходится на плотной почве или в грунте с включением гравия и гальки, то лопасти долота должны располагаться под прямым углом к забою. Угол выявляется в зависимости от твёрдости грунта, с которым ведется работа.

Когда устраивается колодец, режущие элементы оборудования высвобождают высокий температурный режим за счёт разрушаемого грунта. Отработанная земля уходит наверх по винту. Объём отработки при сбережении средней скорости передвижения — приблизительно 0,2-0,4 от объёма пространства. Методика предусматривает сохранение частоты кручения бура 150-200 оборотов в минуту. Если в работе применяется шнек, который имеет габариты до 10 см, то частота кручения не должна превышать 500 оборотов в минуту.

При устройстве колодца по данной технологии наиболее результативными являются шнековые винты, которые идут с каналом в центре. Именно он передает воздушные массы или воду путем гидравлического насоса, что дает возможность делать трение при выполнении работ наиболее низким.

Что такое шнековое бурение скважин на воду?

Простой способ позволяет своими силами создать водоносный колодец малой глубины, для облегчения труда используют небольшие технические приводные приспособления. Чтобы воспользоваться такой технологией, как шнековое бурение скважин на воду, важно понимать различие, целесообразность применения инструментария для ручного или механизированного создания источника, в том числе оптимальность планирования водозабора в конкретных ситуациях.

Особенности шнекового бурения скважин на воду

Шахта, пробуренная в земле, имеющая форму цилиндра и обладающая незначительным поперечным сечением большой протяженности, «складывается» из начала (устья), боковых поверхностей (стен) и донной части (забоя). Подходящий способ добычи воды выбирается с учетом функционала, глубины ствола, диаметра, при учете физических и механических свойств почвы, прохождение сквозь слои которой происходит в момент создания водозаборного колодца.

Важно учитывать конкретные условия каждого участка для использования оптимального способа вододобычи. Проектирование и работы должны ориентироваться на длительную эксплуатацию источника. Стабильный, уверенный дебит и хорошая водопроницаемость пласта, примыкаемого к стволу, сохраняемые на протяжении длительного времени, являются важным фактором долгосрочного использования.

Работы состоят из нескольких этапов:

• Частицы отделяются от массива в момент разрушения пласта.
• Отработка поднимается на поверхность.
• Ствол чистится и обустраивается, производится промывка выработки для последующего водозабора.

Сложность выполнения этапов зависит от плотности грунтового слоя, его пористости, влагопроницаемости, густоты и насыщенности глинистых отложений. При прохождении скальных участков, отличающихся монолитностью, шнековое бурение скважин на воду не применяется. Прочность консолидации минеральных породных зерен такова, что разрушить кристаллическую решетку галечно-валунной массы весьма сложно, наличие каменных прослоек требует другого инструментария.

Шнековое бурение скважин на воду: плюсы и минусы метода

Шнековое бурение скважин на воду востребовано в строительстве как гражданском, так и промышленном. Важной особенностью метода является удаление раздробленной массы при помощи деталей бурильного снаряда, без использования промывочной жидкости и газожидкостных смесей. Оптимален для засушливых или низкотемпературных регионов, так как не требует использования жидкости для промывки пробуренного участка.

Наиболее востребован при:

• обустройстве индивидуального водозабора;
• использовании винтовых или буронабивных свай при возведении фундамента;
• монтаже ограждений / опор из железобетона;
• бестраншейном способе прокладки инженерных коммуникаций;
• создании колодцев небольшой глубины и приямков.

Основным минусом шнека считается его невозможность пробурить канал в скальных (высокотвердых) породах. Прохождение механизма сквозь абразивные участки приводит к быстрому износу оборудования, сложности могут возникать и при проходке суглинистых прослоек (полутвердых / твердых) и глины с примесью известки. Вторым серьезным недостатком является ограниченность глубины выработки, ограниченной восьмьюдесятью метрами.

Типы буровых проходок

Следует различать воздействие, направляемое строго по вертикали / горизонтали. Вертикальная метода используется при обустройстве водоносной подземной конструкции. Горизонтальное прохождение распространено для прокладки коммуникаций вне траншей.

Благодаря вертикальной проходке наконечник на высокой скорости заглубляется максимального значения, одновременно формируя «колодезные» стенки за счет установки внутри колонны обсадных труб. Достоинством можно считать большую производительность при одновременной транспортировке разбитой грунтовой массы наружу без необходимости осуществления подъема инструментов.

Шнеком называется бурильная труба высокой прочности с навитой на него спиралью, функционирующую как вертикальный винтовой транспортер. «Вгрызаясь» в землю, снаряд бурового агрегата с высокой нагрузкой по оси разрезает и разрыхляет слои почвы на своем пути. Перемолотый грунт за счет центробежной силы подается на спиральную часть устройства и поднимается на поверхность, снижая трение разрушенной грунтовой массы о стенки. Измельченная масса поднимается на поверхность, удаляясь из устья. Объем ненужного грунта составляет чуть меньше половины пространства между витками в случае, если транспортировка не затруднена высокопрочными включениями.

Используемые при шнековом бурении скважин на воду технические параметры обеспечивают скоростной подъем по колонне размолотой грунтовой массы. Часть мелкого грунта, сильно врыхленного винтовыми лопастями, все равно срывается, осыпаясь вниз. Поэтому по окончании буровых операций необходимо выполнить усиленную прочистку и промывку.

Направление проходки по горизонтали востребовано при прокладке коммуникаций инженерного типа с различным функциональным назначением. Используются при формировании специализированных тоннелей под лесными густыми массивами, автомобильными магистралями и путепроводами железных дорог.

Чтобы пробурить горизонталь, копают два одноуровневых котлована – на старте и близ точки выхода. В первый (стартовый) рабочий котлован помещается оборудование, характеризующееся большим ходом осевой трубы и имеющее головку из высоколегированной износостойкой стали. Поверх монтируется зонд-датчик, контролирующий процесс прохождения препятствия. Сигналы выводятся на экран монитора, давая оператору возможность наблюдения за ходом работ, корректировки хода и угла наклона.

Как только рабочая винтовая часть механизма оказывается в выходном (приемном) котловане, наконечник демонтируется, а на его место фиксируется расширитель. Когда лопасти начинают вращаться в обратную сторону, они затягивают трубу внутрь. Когда бурильный этап заканчивается, оборудование извлекается их котлована на первой, начальной позиции.

Удобство бестраншейного метода дает возможность прокладывать трубы под любыми коммуникациями, расположенными ниже слоя расположения грунтовых вод, но не более 80 м в длину. Преимуществом считаются минимизация времени проведения монтажа и сокращение необходимого финансирования минуя трудоемкий подготовительный этап подготовительных мероприятий для создания траншей.
Востребованность этого типа проходки высокая, особенно, в условиях укладки напорного трубопровода, монтировании коммуникаций связи на участках, не позволяющих произвести операции иными способами. Экономическая выгода бестраншейной прокладки заключается еще и в том, что не требуется создавать бентонитовые или иные полимерные конструкции для поддержания устойчивости в зоне выработки.

Специфика работы в породах разной прочности

Существует всего два технологических базовых параметра:

• нагрузка на ось;
• частота и скорость вращения винтовой части транспортера.

Чем тверже становится породные слои, тем выше – осевая нагрузка. Параллельно с увеличением нагрузки повышаются скоростные показатели, способные привести к нештатным аварийным ситуациям. Именно этот фактор требует повышенного внимания к объему породы, отделяемой за контрольный промежуток времени. Несоблюдение максимальной пропускной возможности транспортера приводит к образованию пробок на рабочих витках.

• Глиносодержащий грунт и среднеплотный песок (в т.ч. рыхлый), обладающие пластичностью, не нуждаются в дополнительной нагрузке по оси. Агрегат погружается в землю под воздействием собственного веса, увеличенного реактивным усилием, формирующимся в момент подачи разрушенной породы к стартовой точке выработки.
• Нагрузки на ось до 5кН возникают при начальном этапе формировании ствола в прослойках супесей и суглинков, различных глин, среди аргиллитов и алевролитов. Угловая скорость вращения обязана не выходить за пределы диапазона 1,7…3, 3 с-1. Превышающие рекомендованные показатели частоты вызывают нежелательные вибрации, нарушающие соединительное крепление звеньев цепи. Дефект чреват заклиниванием снаряда буровой установки в забое без возможности подъема его на поверхность, повторной необходимостью создания выработки «с нуля». Малые же частоты затрудняют подъем отработки.
• Гравийсодержащие или щебнистые почвы, мерзлые суглинки, пески с высокой долей водонасыщенности и алевролиты с кварцевыми прожилками усиливают нагрузку на долото до 8-10 кН, повышая частоту вращений до диапазона от 1,3 до 2,2 с-1.

Галечные и включающие в себя валуны породы не пригодны для шнекового бурения скважин на воду. Для окатанных обломков скального типа, разбитых долбящим инструментом, подъем осуществляется желонкой. Песчаники разной степени плотности / водонасыщенности, щебнистые (гравийные) отложения требуют инструментария, способного работать на высоких оборотах при параллельном укреплении шахтовых стен обсадными элементами. Во избежание проблем рекомендуется снижение скоростного режима до минимума, расхаживание колодца, добавления в ствол воды. Также с проблемой справляются путем периодического подъема бурового агрегата наружу с целью освобождения и очищения от налипающего на винты суглинка.

Рабочий инструментарий

Оборудование для шнекового бурения скважин на воду конструктивно различается по количеству витков и внешнему виду режущей кромки. Твердые и полутвердые породы требуют усиления края снарядов для буровых дополнительными прочными резцами. Когда по мере разработки осадочных пород необходимо увеличить заглубление, на стартовый шнек наращиваются буровые штанги. После этого снаряд извлекается на поверхность через каждые полметра с целью очистки винтовых лопастей и шахты. Это трудозатратный, хотя и весьма экономный способ создания водозаборного колодца.
Разбуривание галечника и камней среди осадочного грунта применяют ударно-канатную методику с использованием долото из высокопрочной стали. Острой стороной бур кидают в забой раза за разом, до полного разрушения преграды. Осколки преграды извлекаются желонкой либо колонковой трубой, возвращаются через короткие промежутки времени к шнеку. Прохождение выработки предполагает использование комплекса буровых технологий.

Снаряды, имеющие лопасти, развернутые относительно ствола под углом не менее 30 и не более 60 градусов, используются для прохождения мягкой почвы (пески, суглинки), до 90 градусов – для глиносодержащих пород высокой степени связанности. Спираль создают за счет наматывания стальной полосы полусантиметровой ширины и высокой прочности на оправку винта. После завершения растяжки на стержне лента приваривается.

Способность шнека к извлечению отработанной земли уменьшается по мере увеличения диаметра основной трубы. Диаметр изделия большой длины ограничивается прочностью и технологией производства шнека, имеющего две разновидности:

• полые, с отверстием по центру;
• утяжеленные, не имеющие отверстия.

В целях снижения износа транспортера от трения винта по абразивным стенкам, наружная кромка дополнительно оборудуется стальной полосой либо наплавленным металлическим слоем. Высокоскоростные параметры механизма и необходимость облегченного перетирания грунта приводит к установке специального переходного устройства, имеющего двузаходную стальную навивку над снарядом.

Труба, оканчивающаяся спиралью с выполненной навивкой, имеет приваренные соединительные элементы. Они бывают без резьбы и с резьбой. Если безрезьбовые крепятся фиксационными металлическими пальцами в муфтовых замках, то резьбовые ввинчиваются друг в друга. Резьба создает целостную колонну, позволяя механизировать и сделать простым соединение/разъединение шнеков во время выполнения операций по спуску/подъему и подаче воды в забой. Минусом резьбового соединения считается невозможность вращения в обратную сторону, в результате чего безрезьбовая версия более распространенная.

Бурильная установка содержит шнеки различного диаметра.
Полые стержни, имеющие винтовую поверхность вдоль оси, востребованы при:

• ввинчивании в пласт с проведением последующего продувания;
• удалении образующейся жидкости;
• монтаже заряда;
• закачивании бетонного раствора в полости свайной конструкции;
• создании обсадных колонн.

Центральная часть канала, пробуриваемого методом сплошного забоя, перекрывается снарядом, укрепленным на тросе.

Буровые установки

Шнековое бурение скважин на воду позволяет задействовать:

• механизированную технику;
• ручные инструменты.

Простейшим механизмом считается земляной бур, в конструкции которого присутствует труба, имеющая нож винтообразной формы и Т-образную, жестко фиксированная ручка. Его ввинчивают в землю как штопор. Углубляясь, части конструкции наращивают дополнительными элементами — штангами. Такие ручные буры всегда разборные для удобства перевозки в легковой машине и вариаций на тему необходимой глубины буровой шахты. Простота инструмента позволяет создать шахты до двух метров глубины при диаметре, не превышающем 20 см.

Используются мотобуры с бензиновыми или электрическими силовыми установками. Состоят они из двигателя, оснащенного редуктором, и шнека. Моторный вал, вращаясь, заставляет двигаться винтового транспортера. Приводной инструмент, оснащенный наращиваемыми буровыми штангами, позволяет заглубляться на 25 метров. Получаемые ствол имеет до 30 см в диаметре и пригоден для монтажа опор под столбы освещения, ограждения, создания шурфов для визуализации состояния фундаментов.

Мобильные установки – станки малых размеров с бензиновыми или электрическими моторами. Они позволяют быстро подготовить множество ям под опоры либо колодцы разного назначения. Агрегаты часто изготавливаются как прицепы к легковым автомобилям для облегчения транспортировки до места работы.
Специальное оборудование на тяжелой технике используется в промышленном и гражданском строительстве, создавая выработки значительной глубины.
Шнековое бурение скважин на воду позволяет быстро, за короткий срок создать колодец водозабора. Разрушение и поднятие отработки с забоя вовне осуществляется непрерывно, параллельно с движением бура. Метод пользуется популярностью, экономя время, усилия рабочих и вложенные в строительство средства.

Шнековое бурение

Шнековое бурение — самый простой и рациональный способ получить скважину глубиной до 80 метров в почве низкой степени твёрдости. Чернозём, глина, торф, песок — все эти рыхлые породы отлично поддаются проходке шнековым способом. Главное, чтобы на пути породоразрушающего инструмента не попались вкрапления камней или крупные обломки горных пород, так как их транспортировка на поверхность будет затруднена.

Диаметр скважины, получаемой при помощи шнекового бурового оборудования, может достигать 80 см. Неоспоримым преимуществом такого способа бурения является высокая скорость проходки. Тому есть две причины. Во-первых, коронка буровая почти не изнашивается, так как встречает очень незначительное сопротивление со стороны разрушаемой породы. Во-вторых, коронке не приходится повторно дробить и перемалывать уже отделённый от забоя грунт. Как только порода скалывается породоразрушающим буровым инструментом, она тут же попадает на вращающийся с высокой скоростью шнек. За счёт возникающей в процессе вращения центробежной силы, разрушенная порода прибивается к стенкам скважины и быстро доставляется шнеком на поверхность. Оставшаяся часть породы вминается в стенки ребордой шнека, освобождая забой и снимая нагрузку с силового агрегата буровой установки.

Как видим, забой скважины непрерывно очищается от остатков разбуренного грунта, что гарантирует достаточно высокую скорость бурения вплоть до пород IV категории по шкале буримости. Наивысшая скорость работы бурового оборудования достигается при обустройстве скважин в слабо цементированных залежах щебня и гальки. Такой грунт практически не требует дробления и измельчения: он сразу же выносится на поверхность. Если говорить о наиболее труднопроходимых грунтах, то наибольшую сложность для шнекового бурения представляет, как ни странно, глина. Коронка или долото буровое без особого труда вгрызаются в эту вязкую субстанцию, но как только она попадает на шнек, сразу же начинаются проблемы. Из-за своей вязкой консистенции она быстро забивает шнековый транспортёр, налипая на его стенки. Таким образом, выбуренная порода транспортируется на поверхность очень медленно, существенно снижая скорость проходки.

Высокая механическая скорость — основное, но не единственное преимущество проходки шнековым способом. Ещё одна особенность заключается в экономии ресурса эксплуатируемого бурового оборудования и в отсутствии необходимости дополнительно его охлаждать. Причиной тому — рыхлость разбуриваемой породы. За счёт этой рыхлости площадь контакта породы с поверхностью бурового инструмента повышается, и он охлаждается от самого грунта. Таким образом, чем глубже бурильная колонна проникает в грунт, тем лучше она рассеивает возникающее в процессе работы тепло.

Буровой инструмент

Оборудование для бурения шнековым способом включает в себя шнековую колонну и породоразрушающий инструмент (как правило, лопастное долото). В зависимости от типа грунта, колонна может включать в себя несколько утяжелённых шнеков и комплектоваться колонковым долотом.

Типы буровых долот

В шнековом бурении используется несколько разновидностей долот. Рассмотрим два наиболее распространённых типа.

Долото буровое трёхлопастное (ДБШ)

Долото оснащено тремя зазубренными лопастями, немного отклонёнными относительно оси. Их боковые поверхности обычно усиливаются восьмигранниками, а зубья — наваренными пластинами из твёрдого сплава ВК-8. В некоторых моделях одна из лопастей может сливаться с лопастью транспортного шнека.

Долото буровое двухлопастное (ДРШ)

Данный тип долот был сконструирован в СКВ ВПО «Союзгеотехник» ещё во времена Советского Союза. Разработка оказалась настолько удачной, что по сей день применяется для проходки пород со II по V категорию буримости. Изделие представляет собой цельнолитой корпус с двумя лопастями. Угол атаки лопастей относительно корпуса составляет 15°. Одна лопасть считается рабочей, другая — калибрующей. Они смещены одна относительно другой на 4-5 мм. Все режущие элементы долота армированы твёрдыми сплавами.

Шнековый транспортёр представляет собой трубу с резьбовыми или безрезьбовыми соединениями на концах. К наружной стенке трубы приварена спиралевидная лента из стали толщиной 4-6 мм. Шаг спирали зависит от типа транспортируемой породы и варьируется от 0,5 до одного диаметра шнека.

Шнековый транспортёр используют, когда необходимо доставить на поверхность керн для лабораторных исследований, не нарушая при этом его структуру. Устройство такого транспортёра несколько отличается: в трубе имеется большое проходное отверстие, а шнек полый. При бурении керн поступает в специальную гильзу, которая извлекается после свинчивания буровой коронки.

Особенности шнекового бурения

Шнековое бурение может осуществляться как стандартной, так и мини буровой установкой. Главное, чтобы её двигатель мог обеспечить достаточной частотой вращения шнековую колонну. Она находится в диапазоне от 100 до 200 оборотов в минуту. При превышении данного параметра начинается вибрация, а при занижении оборотов транспортировка породы на поверхность сильно ухудшается.

В большинстве случаев работа ведётся без нагрузки на породоразрушающий инструмент. Из-за рыхлости грунта долото буровое способно внедряться в породу под весом буровой колонны.