Шнековое бурение: технология
Шнековый способ бурения скважин на сегодняшний день является самым простым и универсальным, в том числе для скважин частного пользования. Водозаборные скважины позволяют получить чистую, пригодную для питья и хозяйственных нужд воду. Наличие собственной скважины дает возможность не только экономить большое количество денег на различных системах фильтрации, но и заботиться о здоровье. Так, вода, полученная из подземных источников обогащена различными минералами и микроэлементами в отличие от стандартной воды из-под крана.
Существуют различные технологии и инструменты для шнекового бурения, соответствующие конкретной цели: скважина под воду, прокладка коммуникаций. В данной статье подробно описывается процесс шнекового бурения, область его применения, технологии вертикального и горизонтального бурения, достоинства и недостатки бурения шнековым способом. В завершение статьи анализируются инструменты для бурения: шнеки, буры, их назначение и особенности.
Содержание:
Описание процесса шнекового бурения
Бурение скважины формирует в породе углубление цилиндрической формы. При диаметре от 60 до 200 мм глубина скважины может достигать 50-80 метров в зависимости от твердости грунта. Непосредственно процесс бурения шнековым способом происходит следующим образом: в породу погружается бурильная труба, обвитая металлической лентой, которая за счет собственной тяжести начинает разрабатывать скважину на заранее установленную глубину. За счет конструкции шнека в ходе бурения нет необходимости в дополнительной промывке скважины, так как весь проработанный грунт автоматически и непрерывно поднимается на поверхность.
Эффективность бурения скважин шнеком напрямую зависит от правильного проектирования. Так, большое значение имеет твердость породы, глинистость, рыхлость грунта. Целесообразнее всего использовать шнековое бурение на песчаном или гравийно-песчаном грунте. За счет своей конструкции, шнековый бур будет легко погружаться в такую почву, а на выходе отработанный грунт будет легко убирать. Для глинистой почвы такой способ бурения не подходит, так как спираль бура быстро забивается глинистым грунтом, образуя так называемую «пробку» и препятствуя дальнейшему бурению.
Одновременно с бурением скважины может происходить укрепление ее стенок с помощью бетонных или металлических конструкций, чтобы защитить ее от возможных обрушений.
Особенности бурения в разных породах
При проектировании особенно важно обращать внимание на грунт, с которым необходимо работать, так как именно от его плотности будет зависеть осевая нагрузка и частота вращения спирали шнека.
При бурении мягкого грунта и рыхлого песка не делают принудительную подачу осевой нагрузки, так как достаточно и собственного веса бура. В ходе работ необходимо контролировать объем разрушаемой породы на лопастях шнека – он не должен превышать производительности транспортёра. В противном случае куски грунта налипают на инструмент и мешают дальнейшей работе.
При бурении более твердых пород, таких, как суглинки, супеси, алевролиты и агриллиты с начала работ устанавливается осевая нагрузка до 5 кН, а частота вращения колонны при этом не должна превышать 1,7-3,3 с -1 . Если превысить частоту вращения, то за счет вибраций могут открепиться некоторые части колонны, что, как минимум, продлит срок работ.
В зависимости от водопроницаемости грунта, пластичности и рыхлости может быть принято решение о дополнительном укреплении стенок скважины. Шнековый способ бурения позволяет проложить стенки скважины бетонной или металлической оболочкой за короткий промежуток времени.
Бурение в пластичной почве чревато возникновением пробок, так как грунт налипает на спираль шнека и препятствует дальнейшему разрушению почвы и выбрасыванию отработанного грунта. В целом рекомендуется прочищать лопасти шнека каждые полметра, чтобы избежать пробок.
Чем более твердая порода, тем более сильная осевая нагрузка устанавливается. Так, например, для бурения мерзлого грунта ставят осевую нагрузку 8-10 кН, частота вращений может быть в пределах 1,3-2,2 с -1 . Однако, важно помнить, что шнековое бурение эффективно лишь для III категории буримости. Для галечников и монолитных пород шнековое бурение не используется.
Этапы работы
Первый и главный этап в работе с шнековым буром – это проектирование скважины. Помимо определения твердости породы, необходимо определить глубину и наклон будущей скважины. Наклон зависит от твердости грунта, то есть чем более плотная порода, тем более прямой угол бурения. При бурении мягких пород и рыхлого грунта наклон бурения составляет 30-60 градусов, а при гравийно-галечном грунте наклон будет 90 градусов. От правильного понимания плотности, пористости, водопроницаемости породы зависит успешность бурения. Также немаловажно понимать, на какой глубине проходят подземные воды, чтобы скважина гарантированно достигла нужной глубины.
После проектирования следуют подготовительные работы, которые могут включать в себя:
- Подготовку пространства для отработанного грунта, который будет поступать через скважину;
- Подбор необходимых инструментов для бурения в зависимости от плотности грунта и диаметра будущей скважины;
- Установку оборудования на платформу;
- Определение необходимой мощности бурения исходя из особенностей породы. Для бурения рыхлых песков и мягких грунтов может хватить собственного веса шнековой колонны, а для твердых пород необходимо установить дополнительную осевую нагрузку;
- Подготовку материала для укрепления стенок скважины, если это необходимо.
Затем можно приступать к бурению шнековым способом. При любых буровых работах необходимо помнить правила техники безопасности во избежание несчастных случаев. При соблюдении всех необходимых условий, шнековое бурение – это самый доступный и простой в использовании способ бурения скважины.
Технологии шнекового бурения
Шнековое бурение разделяется на две технологии по направлению бурения: горизонтальную и вертикальную. Технология вертикального бурения предназначена для разработки скважин под воду, а горизонтальное бурение используется для прокладки инженерных коммуникаций.
Если вертикальное бурение достаточно активно используется на частной собственности в силу своей доступности, то горизонтальное требует гораздо больше времени, средств и человек, которые будут контролировать процесс работы.
Технология горизонтального бурения
Горизонтальное бурение применяется в тех случаях, когда присутствуют различные препятствия на пути из точки А в точку Б. Такими препятствиями могут выступать лесной массив, магистраль, железная дорога. Шнековое бурение позволяет бурить на глубине до 80 метров, то есть ниже уровня грунтовых вод. Таким образом, чтобы проложить наиболее безопасный и короткий путь, используется горизонтальное направление бурения. По сравнению с вертикальной скважиной, горизонтальная имеет намного более широкий диаметр.
В отличие от вертикального бурения, при горизонтальном необходимо подготовить не только стартовую точку бурения – устье – но и конечную, то есть забой. Подготовка к горизонтальному бурению будет выстраиваться следующим образом:
- Рытье котлованов в устье и забое на одном уровне с будущей скважиной;
- Размещение установки для бурения;
- Подготовка необходимого оборудования;
- Бурение происходит под контролем оператора, который с помощью монитора и зонда регулирует направление и угол наклона бура. Когда буровая установка достигает забоя, шнековый бур заменяется на трубу и расширитель, а установка начинает движение в обратном направлении. Таким образом, горизонтальная скважина готова и в ней проложена труба без дополнительных усилий, что существенно экономит средства и время.
Технология вертикального бурения
Вертикальное бурение шнеком активно используется в частном хозяйстве для бурения скважин под воду. Это объясняется доступностью и простотой использования данной технологии. Так, для получения скважины глубиной до 80 метров достаточно сравнительно небольшой бурильной установки и правильно подобранного шнека. При бурении глубоких скважин устье в диаметре может быть шире забоя.
Шнек для вертикального бурения имеет витки различной толщины и ширины, в зависимости от назначения шнека. Таким образом разрушение породы происходит за счет непрерывного вращения витков шнека. Удобство заключается в том, что при вертикальной технологии бурения, как правило, нет необходимости в дополнительной промывке или продувке, так как разрушенная порода автоматически поступает на поверхность.
Технология вертикального бурения используется не только для скважин под воду, но и для монтажа столбов, разведочных скважин, наблюдательных колодцев. Последнее необходимо для взятия проб с подземных вод и их дальнейшего анализа.
Плюсы и минусы шнекового бурения
Преимущества шнекового бурения скважин:
- Скорость работы: конструкция шнекового бура позволяет одновременно сверлить скважину и поднимать отработанный грунт за короткий промежуток времени;
- Глубина: можно получить скважину до 80 метров глубиной;
- Удобство использования: параллельно с бурением скважины можно проводить укрепление ее стенок, что тоже значительно упрощает работу;
- Простота технологии;
- Возможность регулировать угол направления бурения;
- При шнековом бурении нет необходимости в промывочной жидкости.
Есть у технологии и свои недостатки, которые нужно учитывать при выборе. Существенный недостаток заключается в том, что шнековый бур подходит только для пород до третьей категории буримости. Для последующих категорий использование шнека будет нецелесообразно, так как потребуется значительно больше средств, материалов и мощностей бурения. При этом для вращения достаточно тяжеловесной шнековой колонны может понадобиться достаточно мощная буровая установка. Важно учитывать при выборе шнекового метода бурения, что любой подземный валун может замедлить или вовсе остановить процесс. Еще один недостаток заключается в ограничении по глубине: сделать скважину глубже 80 метров не получится, а нередко из-за особенностей местности ограничение глубины может быть и до 50 метров. Считается, что бурение шнековым способом не относится к числу бюджетных, так как требуется специальная буровая установка и большое количество дополнительных инструментов.
Способы бурения
В зависимости от сложности работ и плотности грунта необходимо подобрать правильный способ бурения. Наиболее популярны следующие способы:
- Вращательный: стандартное механическое бурение, при котором разрушение породы идет за счет непрерывного вращения инструмента;
- Роторный: способ схож с вращательным, но при бурении используется инструмент роторного типа;
- Ударный: механический вид бурения, когда разрушение породы происходит за счет ударов бурового инструмента. Нередко используется при бурении монолитных и плотных пород;
- Ударно-канатный: ударное бурение, использующееся при бурении галечных отложений и других плотных пород.
Нередко в ходе разработки одной скважины возникает необходимость прибегнуть к сразу нескольким из перечисленных способов бурения.
Шнеки для бурения: виды, назначение, особенности
На сегодняшний день представлен большой выбор шнеков для бурения и других вспомогательных инструментов, каждый из которых имеет свое предназначение и характеристики. В зависимости от того, какой грунт предстоит разрабатывать, подбирается вид шнека, его диаметр и другие параметры.
Главное отличие шнеков друг от друга заключается в диаметре и длине. Диаметр инструмента подбирается под размер потенциальной скважины. Если предстоит бурить не мягкую почву, а достаточно плотный грунт, например, алевролиты, суглинки, рекомендуется выбирать шнек, укрепленный резцами из твердого сплава. Длина шнека зависит от буровой установки, ее технических требований, мощности и так далее. Толщина может также разниться: утолщенные лопасти шнека прослужат дольше. Закономерно, что при бурении более твердых пород необходимо подбирать шнек с большей толщиной, в противном случае он может быстро износиться из-за больших нагрузок.
Для стандартной скважины при частном доме чаще всего используется классический стартовый шнек без каких-либо дополнений. Нет необходимости в приобретении специального шнека, так как грунт достаточно рыхлый и мягкий.
Шнеки принято разделять и по другим характеристикам:
Вид соединения: шнеки могут иметь резьбовое и безрезьбовое соединение. Резьбовое соединение удерживает шнеки за счет ввинчивания, но имеет существенный недостаток: у такой конструкции нет возможности обратного вращения. В случае же с безьрезьбовым соединением шнеки закрепляются за счет муфтовых замков и удерживаются с помощью пальцев с фиксаторами. Второй вид намного более универсален, а потому и встречается чаще;
Наполнение шнека, другими словами, имеет он центральное отверстие или нет. Эта характеристика также влияет на эффективность конкретной модели шнека. Так, например, полые шнеки позволяют использовать продувку. Также через полый шнек может поступать и вода для дополнительного охлаждения конструкции и снижения трения. Более тяжеловесный вариант не имеет дополнительных функций;
Направление и диаметр лопастей. При бурении мягкого грунта направление лопастей должно быть примерно 60 градусов, а при более твердых породах лучше использовать шнеки с лопастями под 90 градусов.
Помимо непосредственно шнеков при бурении могут понадобиться и другие инструменты, например, шнек-переходник. Этот инструмент необходим в качестве соединения между основной колонной и буровой установкой.
Телескопические шнеки
Телескопический шнек – отдельный вид шнека, предназначенный для изменения длины бурового инструмента. Шнек такого вида имеет выдвижной внутренний шток, который позволяет достичь большей глубины при бурении и значительно сокращает нагрузку на оборудование. Обычно отдают предпочтение телескопическим шнекам из-за их удобства, так как нет необходимости дополнительно наращивать колонну шнеков. Также за счет своей раскладной конструкции, такой шнек удобнее транспортировать.
Шнек такого вида достаточно универсален и может использоваться на различных установках, например, на манипуляторах, экскаваторах и ямобурах.
Виды буров
При бурении большое внимание стоит уделить и выбору бура. Существуют различные буры, предназначенные для конкретных случаев, разберем наиболее популярные модели и их назначение:
Колонковый бур – бур, предназначенный для первичного разрушения породы. Главная особенность бура такого типа – его кольцевидная форма. Незаменим, если есть необходимость бурения в породах высокой твердости. При этом за счет своей формы разрушение грунта происходит только по кольцу, оставляя внутреннюю часть – керн – нетронутой, что позволяет в дальнейшем ее поднять на поверхность и использовать;
Бур лопастной – применяется для разрушения мягких и средних пород. За счет широких лопастей, бур быстро и беспрепятственно проникает в грунт и позволяет существенно сократить время работы. Лопастной бур активно используется при бурении различных скважин, в том числе под воду;
Бур конусный – один из наиболее универсальных видов буров. Предназначен для разработки средних и тяжелых грунтов более 5-ой категории. Поскольку конусный бур преимущественно работает по твердым породам, при выборе необходимо обращать внимание на его износостойкость;
Перовой бур используется для бурения на легких и средних грунтах. Внешний вид перового бура соответствует его названию – кончик бура представляет собой заостренное перо. Чаще всего перовой бур используется для скважин и столбов. Конструкция бура позволяет использовать его и галечника небольшого размера;
Шнековый бур лучше всех предыдущих видов подходит для бурения скважин под воду. Благодаря своей конструкции он может разрушать породу до 7-ой категории. Зачастую шнековый бур оборудован твердосплавными резцами для повышенной износостойкости при работе с твердым грунтом.
Таким образом, при проектировании скважины необходимо правильно понимать плотность грунта, чтобы подобрать подходящий бур. При бурении особенно твердых пород лучше подбирать бур, укрепленный алмазными резцами для наиболее эффективного бурения. Бур должен иметь сечение больше шнека приблизительно на 2 сантиметра.
Заключение
Шнековое бурение скважин активно применяется для разработки скважин под воду и другие технические нужды, например, как прокладка коммуникаций бестраншейным способом. Принцип работы бурения шнеком заключается в том, что из-за непрерывного вращения лопастей по спирали происходит одновременное разрушение породы и ее поднятие на поверхность. Так бурение с помощью шнека позволяет значительно сократить сроки работ, а также их стоимость. Технология шнекового бурения позволяет разрабатывать грунт до 4-ой категории буримости и этого достаточно для стандартной скважины под воду в частном хозяйстве.
Существует также и горизонтальная технология бурения шнеком, которая используется для получения доступа к нужной точке. Горизонтальное бурение необходимо, если на пути прокладки есть препятствия, например, лесной массив, автомобильные и железные дороги, магистрали. Главное отличие горизонтальной технологии от вертикальной заключается в сложности работ: необходимо контролировать не только исходную точку бурения, но и конечную. При этом горизонтальное бурение позволяет сразу укреплять стенки полученной скважины бетоном или другим необходимым материалом.
Таким образом, бурение скважин шнековым способом является одним из самых доступных и простых в исполнении, что объясняет его популярность.
Способы бурения скважин: колонковое, роторное, шнековое
Устройство водозаборной скважины сопряжено с применением различных методов бурения. Рыхлые и насыщенные водой грунты извлекают с помощью желонки. Для проходки по глинистым и скальным породам используют способы бурения скважин, основанные на вращательном принципе.
В работе задействованы механизмы, позволяющие производить разработку грунтов различных типов и на разную глубину.
- Виды буровых способов
- Специфика колонкового бурения
- Используемое оборудование и инструменты
- Технология колонкового бурения
- Веские достоинства и недостатки
- Задействованное оборудование и инструменты
- Технология шнекового бурения
- Плюсы и минусы применения шнека
- Применяемое оборудование и инструменты
- Своеобразие роторной технологии
- Достоинства и недостатки роторного бурения
Виды буровых способов
Ранее бурение водоносных скважин для личного пользования осуществлялось в основном ручным способом. Это было трудоёмкий и длительный процесс, поэтому не каждый владелец участка или дачи мог похвастаться наличием собственного источника водоснабжения. Постепенно механизированное бурение вытеснило ручные методы благодаря значительному облегчению и ускорению процесса.
Сегодня практически все водоносные скважины бурятся механизированным способом, который основан на разрушении грунта, подаче его на поверхность одним из двух способов: сухим, когда отработанный грунт убирается из скважины при помощи механизмов и гидравлическим, когда он вымывается водой, поданной под напором или самотёком.
Различают три основных способа механического бурения:
- Вращательный (грунт разрабатывается вращением).
- Ударный (бурснаряд разрушает грунт ударами).
- Вибрационный (грунт разрабатывается высокочастотными колебаниями).
Вращательный способ считается самым высокопроизводительным, в 3-5 раз превышающий по эффективности ударный и в 5-10 вибрационный. Кроме этого вращательный способ самый недорогой и доступный, его нередко применяют в качестве основного метода ручного бурения.
Механические вращательные способы бурения скважин на воду пришли на смену малоэффективным ручным методам
В свою очередь вращательный способ бурения, широко применяемый для сооружения скважин на воду, подразделяется на три основных вида бурения:
- колонковое;
- шнековое;
- роторное.
Каждый вид вращательного бурения имеет свои особенности и выполняется специально предназначенным для этого оборудованием. Рассмотрим эти виды бурения более подробно, определим, в чём их различия и какой метод необходимо применять в каждом конкретном случае.
Специфика колонкового бурения
Колонковое бурение — механический вращательный метод, при осуществлении которого глинистый или плотный песчаный грунт извлекается в виде керна цилиндрической формы. Буровой снаряд для колонкового бурения представляет собой толстостенную металлическую трубу.
Вверху колонкового бурового снаряда расположено приспособление для присоединения штанг, необходимых для наращивания буровой колонны. Внизу — коронка, вид которой подбирается в зависимости от категории подлежащего бурению грунта.
При колонковом бурении разрушение породы ведется полой трубой с подошвой, оснащенной режущей коронкой
Снаряд совершает вращательно-поступательные движения: вырезает грунт коронкой, углубляется и удерживает в полости трубы захваченную породу
Снаряд с захваченной им породой извлекают на поверхность и освобождают от грунта, постукивая кувалдой по стенкам трубы
Колонковое бурение используется для проходки глинистых связных пород: супесей с суглинками, глин. Такой бур не удерживает рыхлые пески, водонасыщенные пески, гравий, гальку и т.д.
При проходке колонковым методом грунт разрушается кольцеобразной коронкой. Внутренняя часть керна при этом сохраняется в не разрушенном виде. Для облегчения процесса бурения по твердым и полутвердым суглинкам, глинам, скальным породам на забой подается промывочная жидкость.
При колонковом бурении грунт «высверливается» коронкой и захватывается колонковой трубой в виде керна (кликните для увеличения)
Шлам с забоя иногда удаляют промывкой — нагнетанием в ствол выработки большого количества воды. Чаще всего промывку заменяют продувкой сжатым воздухом, поставляемым компрессором внутрь трубы. Данный тип бурения позволяет бурить скважины глубиной до 1000 метров и диаметром от 8 до 20 см.
Механическое колонковое бурение производится буровыми установками типа ЗИФ, УГБ, УКБ, монтированных на автомобили типа КАМАЗ, КРаЗ, трелевочные тракторы и т.д. В варианте для ручного бурения колонковую трубу укорачивают, называют колоколом или стаканом. С последним, перевернутым вверх дном предметом обихода, конструктивно схожа колонковая труба.
Бурение колонковым способом используется в следующих случаях:
- геологоразведка полезных ископаемых;
- бурение разведочных скважин;
- устройство водоносных скважин любой глубины, в том числе безфильтровых скважин в скальных породах.
Для устройства частных скважин на воду в некоторых случаях колонковый способ используется перед тем, как начать шнековое или роторное бурение, выполняя одновременно разведывательную и подготовительную роль.
В устройстве частных скважин колонковое бурение используется в комплексе с ударно-канатным. Глинистые слои проходят колонковой трубой. Пески неплотного сложения, гравий и галечник с песчаным заполнителем, которые не задерживаются в колонковой трубе, извлекают из ствола желонированием.
По эффективности колонковый метод несколько уступает шнековому способу бурения водозаборных скважин. Шнеком бурят быстрее, но он не позволяет полностью освободить ствол от пробуренной породы. Их редко используют в паре. А уж если приведется, то шнеком проходят первые несколько метров.
Коронки не разрушают грунт, а аккуратно вырезают его по периметру, образуя «столбики» — керны, изучая которые можно составить гидрологический разрез участка
Используемое оборудование и инструменты
Для колонкового бурения используются следующие инструменты:
- буровые коронки из алмазного или другого твёрдосплавного материала (сталь, вольфрам, победит);
- колонковая труба;
- труба для отвода шлама;
- штанги, требующиеся для наращивания буровой колонны;
- муфтовые соединения, переходники между трубами, промывочный сальник.
При бурении в скальных породах буровая коронка быстро изнашивается и подлежит замене. Материал коронки — дорогостоящий, выдерживающий колоссальные нагрузки, наибольшее распространение получили алмазные буровые варианты. Все используемые в процессе бурения инструменты должны соответствовать соосности, т.е. располагаться ровно относительно оси бурения.
Технология колонкового бурения
Главная особенность колонкового бурения — прохождение породы с полным её сохранением в колонковой колонне. Т.е., при работе бурильного оборудования коронка по кольцу разрушает грунт, который по мере заглубления проталкивается в колонковую трубу и удерживается в ней за счет собственной плотности. При извлечении наполненной трубы из ствола выработки, ее освобождают от керна путем простукивания кувалдой.
Поэтапный процесс колонкового бурения выглядит следующим образом:
- бурильную коронку соединяют с колонковой трубой;
- колонковая труба соединяется со штангами, которые наращиваются по мере углубления;
- верхняя штанга закрепляется в буровом станке;
- бурильный станок вращает буровую колонну и постепенно «ввинчивает» ее в грунт;
- колонковая труба постепенно наполняется керном — заклинившим в ее полости грунтом;
- после проходки 50 — 70 см буровая колонна извлекается на поверхность, штанги по очереди отсоединяются до тех пор, пока не извлечется колонковая труба;
- трубу освобождают от выбуренной породы;
- опорожненный снаряд снова опускают на забой, наращивая буровую колонну штангами.
Действия производятся в описанном порядке до тех пор, пока скважина не вскроет водоносный горизонт и не заглубится на 50 см в нижележащую водонепроницаемую породу.
Если фиксация верхнего водоносного горизонта не является целью проходки, то верхние слои можно бурить с промывкой. В этом случае насос продаёт промывочный раствор через шланг внутрь труб. Затем раствор выносит выработанный грунт на поверхность.
Если целью устройства скважины не является водоносный слой в песчаных отложениях, бурение до достижения скальных пород может проводиться с промывкой
Веские достоинства и недостатки
В сравнении с ударно-канатным и роторным способом механического бурения колонковое производится довольно быстро, значительно сокращая время проведения работ. Главный его недостаток — невозможность подъема рыхлых грунтов и насыщенных водой галечников. Медленно продвигается по скальным породам, для проходки валунов требуется долото.
К достоинствам колонкового бурения относят:
- высокую производительность и возможность бурить скважины глубиной свыше 100 м;
- сокращение нагрузок на бурильное оборудование за счёт разрушения глинистой породы, сравнимым с ее вырезанием;
- возможность применения мобильной буровой установки компактных габаритов.
Колонковое бурение — один из самых скоростных методов устройства водозаборных выработок. Скважину на песок с его применением можно пройти за один рабочий день.
Особенности шнекового бурения
Этот тип бурения сегодня наиболее часто используется при устройстве водоносных скважин в частных хозяйствах. Особенностью шнекового бурения является то, что разрабатываемая порода полностью удаляется из створа скважины без привлечения дополнительного оборудования. Метод напоминает ввинчивание, позволяет бурить на глубину и одновременно удалять ненужный грунт.
Используемый для бурения инструмент называется шнек. Представляет собой металлический стержень с лопастями. Завинчиваясь в грунт, шнек разрушает породу, которая задерживается на его лопастях. Из-за специфики конструкции шнеком невозможно полностью освободить забой от отвала. Поэтому его в основном применяют для проходки верхних слоев.
Бурение при помощи шнека — быстрый и недорогой способ, не требующий организации резервуара для промывочной жидкости
Бурение с использованием шнека не требует больших усилий и финансовых затрат, поэтому сфера применения данного способа достаточна широка: геологоразведочные скважины, прокладка коммуникаций, устройство буронабивных скважин и частично бурение на воду. Его сейчас активно применяют для устройства абиссинских колодцев, чтобы не забивать полностью скважину-иглу в плотный грунт, а слегка облегчить процесс погружения ствола в заранее разрушенную породу.
Метод подходит для разработки водоносных скважин глубиной до 30 м на мягких и рыхлых грунтах и до 20 м на средне-плотных. После проходки шнеком и установки обсадки, ствол скважины обязательно очищается желонкой от неизвлеченной породы.
Шнек категорически не подходит для работы в скальных породах! Его используют для частичной проходки скважин до 120 м, при этом данный метод комбинируется с другими: роторным, ударно-канатным, колонковым.
Шнековое бурение — самый быстрый метод проходки грунтов. Однако бур не предназначен для захвата и удерживания породы
Шнек используют для бурения скважин любых габаритов и назначения, часто применяют в собственноручной разработке скважин
Минус бурения шнеком заключается в том, что после шнека ствол выработки приходится чистить желонкой, т.е. дважды проходить скважину
Шнековое бурение. Выбираем шнек
Вращательным шнековым бурением называют один из самых старых способов создания скважин, который со временем почти не менялся — только претерпел небольшие усовершенствования.
Плюсы и минусы шнекового бурения
Недостаток шнекового метода — ограничение по максимальной глубине, которую можно достичь без применения дополнительного оборудования. Однако преимущества делают шнековое бурение самым популярным способом создания скважин.
Все, кто производит бурение скважин навесными гидробурами, ценят скорость производимых работ, универсальность применения оборудования, финансовую доступность, а также относительно несложную технологию.
Когда применяется шнековое бурение?
При шнековом бурении чаще всего бурятся скважины небольшой глубины (до 20 метров) шнеками небольших диаметров (до 1500 мм).
Перечислим несколько самых популярных направлений работ, при которых применяется шнековое бурение:
- установка дорожных ограждений, дорожных знаков, оград, столбов, опор,
- взятие проб грунта с разной глубины,
- создание буронабивных свай,
- пересаживание деревьев,
- завинчивание винтовых свай,
- лидерное бурение для забивки свай.
Наиболее часто такое бурение производится буровыми шнеками в грунтах категорий III- Х по классификации крепости горных пород Протодьяконова. В твердых грунтах категорий III–IV процесс бурения требует высокой квалификации работников и использования наиболее надежного, профессионального рабочего инструмента.
Самые распространенные среди методов вращательного шнекового бурения — рейсовый и поточный.
Рейсовый и поточный способы бурения
При рейсовом способе бурения используются шнеки, которые наращиваются штанговыми удлинителями для достижения заданной глубины. Шнековый бур забуривается на глубину витков, извлекается из скважины по мере наполнения витковой части буримой породой. Порода сбрасывается в стороне от скважины, шнек погружается обратно за следующей порцией грунта.
Процесс продолжается до достижения необходимой глубины. Производительность такого метода зависит, в том числе, от длины винтовой части шнека. Но тут нельзя забывать о том, что, чем больше диаметр, тем более тяжелый груз извлекается базовой машиной из скважины.
Сам винтовой шнекобур и удлинители — внушительная металлическая конструкция, а вместе с грунтом, особенно при большой глубине бурения, этот комплекс может оказаться на грани грузоподъемности базовой машины. В шнекобурах Технопарка «Импульс» учтена эта особенность — количество витков зависит от серии шнека и его диаметра, но с учетом максимально возможного объема породы, который предстоит извлечь.
При поточном способе выход породы из забоя происходит постоянно на всей глубине бурения. Этот способ более производительный, чем рейсовый. При работе поточным способом не надо постоянно извлекать шнек с породой, т.к. буримая порода сама движется по всей длине инструмента к устью скважины. Достигается такая производительность за счет того, что реборда идет по всей длине шнека и всех удлинителей. Соединяются шнек и удлинители таким образом, чтобы на стыке последний виток шнека переходил в первый виток удлинителя — получается шнековая колонна. Вращения колонны производят непрерывное (поточное) транспортирование буримого грунта из забоя на поверхность.
Выбор способа бурения зависит от поставленной задачи.
Полностью винтовые бурильные колонны всегда производительнее, но дороже, чем шнекобур с удлинителями-штангами. Если бурится скважина глубиной до 5 или 10 м., то рейсовый способ будет комфортным, а если 10 м. и глубже — наиболее предпочтительным будет поточный способ.
Есть виды работ, при которых поточный способ бурения необходим. Это те работы, которые требуют идеально четкие диаметр, вертикальность, ровность по всей глубине скважины, например, лидерное бурение для последующей забивки свай или создание скважин для изготовления буронабивных свай.
Что такое шнек?
Слово „Шнек“ немецкого происхождения, в переводе означает „улитка“, „завиток“, „спираль“. Состоит он из основания в виде стержня, на котором, вдоль оси, закреплены спиральные витки. По сути это конвейеры, которые доставляют по трубе сыпучие материалы.»
Шнек буровой оснащен снизу режущей частью, которая разрушает буримую породу, и присоединительным хабом.
Транспортировка материала осуществляется одновременно с проходкой скважины — это и есть суть шнекового бурения.
Контакт шнекобура с породой происходит не одновременно по всей площади скважины. При забуривании мощное давление, сконцентрированное в зубьях, передается на породу. Происходит вдавливание зубьев в породу. В податливом, мягком грунте, с вкраплением камней 0 — 10%, что соответствует V — X категориям крепости пород по шкале Протодьяконова, зубья для абразивного бурения врезаются в грунт и, срезая слой за слоем, транспортируют по шнеку землю к устью скважины.
Если порода соответствует категориям I — IVa, т.е. крепкая или очень крепкая, то при такой твердости применяются скальные зубья. Вдавливаясь, они скалывают, измельчают породу, посылая измельченный материал по стальным виткам (ребордам) с нижней части скважины к ее устью. Трубой в этом случае является скважина. Благодаря разнице коэффициентов трения породы и коэффициентов трения о стальные витки и породу стенок, поднимающаяся масса укрепляет стенки скважины. Коэффициент трения о сталь ниже, чем коэффициент трения о грунт, поэтому разрушенная порода продвигается по центральной части шнека быстрее, чем на границе с грунтом. Благодаря этому неровности стенок скважины удерживают и уплотняют породную массу, укрепляя таким образом стенки скважины. Увеличивающуюся трения избыточную температуру инструмент отдает буримому грунту.
При шнековом вращательном бурении недопустимы отклонения в сторону крайностей. Количество разрушенной режущей головкой породы не должно быть маленьким — это сократит производительность. Но и не должно быть большим, это забьет межвитковое пространство и будет стопорить продвижение породы по скважине. Шнекобуры Технопарка «Импульс» изготавливаются исходя из того, что производительность шнекового транспортера должна быть выше или равна производительности режущей части шнека.
Непосредственно подъем породы по шнековому транспортеру возможен лишь при условии, когда угол линии спирали меньше значений трения породы о поверхность реборды. Этим важнейшим деталям Технопарк «Импульс» уделяет максимальное значение при проектировании и изготовлении шнековых буров.
Подобрать нужный шнек, буровой комплект
Михаил Михайлович Протодьяконов (1874—1930 гг. жизни) был великим российским, а затем и советским ученым в области горного дела. Шкала коэффициента крепости горных пород стала первым реальным способом, который оценил горные породы по буримости, взрываемости, зарубаемости. Эта шкала — лишь один из многих глобальных трудов профессора Михаила Михайловича в горнодобывающей области.
О шнековом бурении скважин и устройстве свайных оснований
Помните знаменитую легенду о том, как один древний грек бегал обнаженным по улицам Сиракуз и кричал: «Эврика». Нравы, как и климат были мягкими, да и «Эврика» грек кричал по совершенно иному поводу, но архимедов винт уже существовал и вполне успешно справлялся с задачами подачи воды в оросительные системы полей и садов древнего мира.
Казалось бы, какое отношение имеет упомянутый грек и изобретенный им винт к проблемам шнекового бурения? А отношение самое непосредственное, поскольку винт Архимеда является прообразом шнека, который мы и применяем для производства бурильных работ.
Шнек — стержень снабженный сплошной винтовой поверхностью расположенной вдоль продольной оси упомянутого стержня. Винтовая поверхность шнека обеспечивает экскавацию грунта из скважины.
Чем замечателен шнек или архимедов винт? Очевидно тем, что бурение и экскавация грунта происходит одновременно. Также тем, что контактная поверхность между стенками скважины и наружными краями винта может быть не идеальной, небольшие зазоры допустимы и иногда даже полезны. За один поворот шнека черпается достаточно большое количество грунта относительно угловой скорости бурового снаряда, кроме того, грунт, осыпающийся из верхних секций шнека, попадает в предыдущую секцию и продолжает свое движение вверх по стволу скважины. В процессе бурения и экскавации грунта устанавливается динамическое равновесие, что препятствует снижению эффективности экскавации. Но, у каждого способа есть и своя оборотная сторона. При шнековом бурении затраты мощности относительно диаметра скважины меняются нелинейно, зависимость степенная (квадратичная), что делает устройство скважин больших диаметров (более 1000 мм) если и не невозможным, то крайне не эффективным с точки зрения затрат энергии и необходимости приобретать дорогостоящее мощное оборудование.
Несмотря на отсутствие жестких требований к контактной поверхности между стволом скважины и шнеком, следить за формой шнека надо обязательно, а для предотвращения повышенного износа винтовой поверхности на ее наружный торец наплавляют твердосплавный материал при помощи специальных электродов.
Производительность бурения шнеком зависит не только от материала шнека и его конструкции, но и от правильного подбора режущего инструмента. На конце шнека, устанавливают отъёмный бур с резцами. Резец – расходный элемент бурового снаряда, заменяемый машинистом по мере износа. Кроме того, диаметр бура по своим размерам должен всегда превосходить диаметр винтовой поверхности шнека (около 0,3-0,5% диаметра винтовой поверхности), чтобы не допускать заклинивания шнека, преждевременного износа и поломки винтовой поверхности из-за силового контакта между упомянутой винтовой поверхностью и стенкой скважины.
Для нормальной, производительной работы шнекового снаряда, необходимо: правильно подобрать материалы резцов, конструкцию бурового снаряда или непосредственно бура. Очень важно также правильно подобрать шаг винтовой поверхности в зависимости от типа грунта. Практика показала, что применение двухлопастного бура эффективнее. При применении однолопастного бура, со временем, происходит цикличное обкатывание внутри скважины. Шнек начинает «болтать» внутри ствола, появляется реактивный момент, который отжимает бур от стенок. При работе двумя лопастями силы выравниваются, бур идёт ровно и выполняет скважину правильной геометрии. Существует много различных пород и различных климатических условий: мерзлота, скалы, разборная скала, песчаные, глинистые и суглинистые почвы и т. д. Для каждого варианта подбирается бур, резцы и шнек наиболее приемлемой конструкциии.
Во время длительного бурения наиболее уязвима нижняя часть шнека, и подвергающиеся износу наружные края винтовой поверхности шнека. Поскольку нижняя часть бурового снаряда находиться в работе чаще, а наружная часть винтовой поверхности изнашивается быстрее, возможны изменение формы в виде конуса, что чревато проблемами как при дальнейшем использовании инструмента (повышенные затраты мощности на бурение, увеличение времени проходки), так и при установке армокаркаса. Aрмокаркас, цепляясь за стенки скважины, не доходит до необходимой отметки. Такая скважина не пригодна для устройства сваи.
Во время бурения скважины возможна проходка карстовых полостей, что может негативно сказаться на последующем устройстве сваи. Селевые, грязевые или карстовые участки будут способствовать оттоку бетона. В этом случае, необходимо применение обсадной трубы. Поскольку встречаются достаточно обширные карстовые полости, зачастую, трубу оставляют в скважине.
Непрерывное бурение
Бурение с помощью шнекового снаряда (либо нескольких секций шнека), на конце которого находится буровой инструмент, с непрерывной экскавацией грунта.Непрерывный способ бурения производится на взрыхлённых грунтах или шламах. Грунт поднимается непрерывно, вследствие этого данный способ наиболее производительный, однако и самый энергоемкий. Применяется (в основном) для устройства скважин глубиной до 10-20 метров.
Цикличное бурение
Бурение инструментом, имеющим на конце либо ковшовый бур, либо небольшую часть шнека на который можно набрать грунт и извлечь его. Инструмент очищают различными способами и возвращают в скважину. Этот метод менее производительный, поскольку при большой глубине неизбежны холостые пробеги инструмента, иногда очень значительные. Но, существует преимущество — при больших диаметрах (от 1000 мм) требуется существенно меньшая мощность на бурение скважины, относительно непрерывного способа бурения.
Условно цикличный способ бурения
Буровые установки не всегда обладают ходом подачи, необходимым для погружения шнека на проектные отметки. Какую-то часть можно погружать за один ход буровой каретки, но если хода недостаточно для достижения проектных глубин, то шнек наращивают секциями. К находящемуся в забое шнеку присоединяют дополнительную секцию, а дополнительную секцию, в свою очередь, присоединяют к буровому вращателю. При проходке скважины, шнек наращивают снова и снова, до достижения необходимых глубин.
Бурение с помощью телескопического шнека
Внутри центрального стержня (трубы) шнека находится штанга, которая имеет возможность перемещаться вдоль оси трубы, увеличивая таким образом длину бурового снаряда. Штанга фиксируется на необходимой длине специальным упором. При большой длине шнека и использовании малых диаметров стержня, возможна потеря устойчивости (изгиб шнека). Как правило, указанная ситуация возникает при использовании принудительной подачи, использовании дополнительных пригрузов и устройств, механизмов подачи. Потеря устойчивости чревата разрушением и выходом из строя бурового снаряда. Одним из способов избежать этого является использование как подвижных, так и неподвижных люнетов. Неподвижный люнет используется для лучшего наведения инструмента на точку бурения и сохранения устойчивости бурового снаряда. Подвижный (промежуточный) люнет, который движется с кратной скоростью по отношению к буровой каретке обеспечивает дополнительную поддержку, для сохранения формы и предотвращения потери устойчивости.
Бурение шнеком с применением обсадных труб
Шнековое бурение может применяться на любых грунтах, в том числе, и на несвязанных (песок, супесь и т. п.), если при этом используется дополнительное приспособление — обсадные трубы.
Осыпающийся грунт укрепляют и изолируют от шнекового бурового снаряда используя обсадную трубу. Буровой снаряд для цикличного бурения находится внутри трубы.
Трубу устанавливают в скважину вместе со шнеком и осаживают при проходке скважины. Привод на вращение должен осуществляться как на трубу, так и на шнек (допускается попеременное включение). Осадка трубы и бурение выполняются одновременно. При достижении обсадной трубой уровня грунта, на неё, сверху, устанавливают вторую, третью, и т. д., трубу пока не будет достигнута необходимая по проекту глубина. Трубы соединяют между собой байонетным креплением, выполненным непосредственно в трубе. На нижнем торце первой трубы выполняют режущую коронку для увеличения эффективности проходки. Далее, извлекают из этих труб шнек, а скважину заполняют жидким бетоном, устанавливают армокаркас и после отверждения бетона получают сваю. Во время заполнения бетоном обсадной трубе сообщают вибрацию, с помощью которой, по мере наполнения скважины, обсадная труба извлекается. Существует способ подачи бетона с помощью полого шнека с одновременным, извлечением шнека из скважины. В этом случае, шнеку сообщают вращение, которое препятствует, осыпанию слабого, несвязного грунта. Шлам, в процессе устройства сваи, постоянно удаляется.
Данный способ устройства свайных оснований достаточно дорог, но, на сегодняшний день, применяется все больше, особенно, в городском строительстве, где недопустим ударный способ погружения свай и связанные с ним сейсмические возмущения, а применение сваевдавливающей техники и вибропогружателей по разным причинам невозможно.
Шнековое бурение: особенности технологии и ее достоинства, этапы работ
Для создания скважин различных типов и назначения в рыхлых песчаных грунтах чаще всего практикуют шнековое бурение. Популярность данного метода обусловлена его эффективностью, простотой, высокой скоростью и отсутствием необходимости использования сложного дорогостоящего спецоборудования. Для глубинного дробления породы и извлечения ее наружу используются специальные установки, напоминающие рыбацкие ледобуры для проделывания лунок.
Технология бурения
Конструкция шнекового бура включает базовую трубу (штангу) с подвижным вращателем, обвитую по всей длине стальной полосой, выполняющей функцию транспортера. Для врезки в грунт механизм оснащается острым наконечником (лопастным буром, двухлопастным или трехлопастным долотом), который может быть несъемным или съемным. Соединение шнеков для удлинения конструкции производится с помощью резьбы или специальных элементов с фигурным сечением.
Бурильные станки выполняют несколько основных функций:
- точечное разрыхление грунта посредством непрерывного вращательного движения;
- охлаждение элементов рабочего механизма;
- выемку разрыхленной породы и одновременное закрепление стенок скважины.
На практике процесс бурения с использованием шнекового метода выглядит следующим образом: установка с буровой головкой, непрерывно вращаясь, врезается вглубь почвы, методично ее разрушая. Измельченный грунт (шлам) сразу же попадает на реборду (пластинчатую спираль), которая и поднимает его на поверхность.
Для нормального охлаждения режущих элементов бура необходимо учитывать, что транспортируемая порода не должна заполнять межвитковое пространство более чем на 40% от его объема.
Особенности технологии
При использовании шнека на твердых грунтах (гравий, галька) установка рабочих лопастей долота производится строго вертикально, под углом в 90°, а при работе на мягких почвах — под наклоном от 30 до 60° относительно оси.
Подбор инструмента осуществляется в зависимости от свойств породы, а также от требуемых параметров скважины: ее диаметр может варьироваться от 60 мм до 1,5 и более метров, а глубина — от нескольких десятков до нескольких сотен метров. От толщины бура будет зависеть и скорость работы механизма. Соблюдение правильного соотношения данных показателей необходимо для обеспечения охлаждения рабочих поверхностей, нагрев которых происходит вследствие трения о стены скважины в процессе быстрого вращения.
Для шнеков, диаметр которых не превышает 100 мм, показатель средней частоты вращения должен находиться на уровне 200-500 об./мин., а при толщине наконечника 150-200 мм скорость снизится до 100-150 об./мин.
Наибольшей эффективностью обладают буровые механизмы с полым центральным каналом для подачи воды или воздуха посредством гидравлического насоса. Такая конструкция позволяет снизить трение, предотвратить перегрев и увеличить скорость прохождения.
На качество и эффективность работ влияют следующие факторы:
- мощность шнековой установки (данный показатель должен в полтора раза превышать предусмотренные техническими характеристиками возможности долота);
- вид бура (для разработки шахт в грунтах повышенной плотности целесообразнее использовать твердосплавные либо алмазные инструменты);
- характеристики породы (проще всего поддаются разрушению рыхлые, сыпучие породы).
Достоинства и недостатки метода
Шнековый способ бурения скважин обладает многими преимуществами:
- высокая скорость заглубления без необходимости дополнительно перемалывать отработанную породу (мощные промышленные установки проходят до 300 м за смену);
- непрерывность процесса подъема шлама на поверхность;
- способность непроизвольного закрепления стен скважины раздробленной породой в процессе ее поднятия на поверхность;
- отсутствие потребности в подъеме бурильной колонны в ходе проведения работ;
- возможность разработки скважин большой глубины;
- простота и универсальность технологии: разработка грунтов шнековым буром применяется для проведения геологических, гидрологических и инженерных изысканий, при создании взрывных и водных скважин, обустройстве свайных фундаментов и т.п.;
- не требуется подача бурильной жидкости;
- возможность размещения конструкции под углом;
- безопасность рабочего процесса.
Несмотря на большой перечень достоинств, данный метод не лишен недостатков. Главным из них является ограничение в отношении характеристик грунтов. Данную технологию невозможно применять на почвах, обладающих высокой плотностью или вязкостью.
Применение ручных установок
Буровые механизмы ручного типа отличаются компактными габаритами и небольшим весом (от 15 до 250 кг), что обеспечивает возможность их транспортировки и монтажа без применения спецтехники. Благодаря высокой мобильности, такие устройства являются оптимальным вариантом для эксплуатации на ограниченных по площади территориях (на небольших приусадебных участках, в подвалах и т.д.).
Большинство моделей ручных шнековых установок оснащены электроприводами для облегчения рабочего процесса. В зависимости от веса и мощности их применяют для сверления льда, бурения питьевых скважин, отверстий под свайный фундамент и пр.
Легкое самоходное оборудование
В данную категорию входят более мощные и тяжелые буровые шнековые машины: максимальный вес некоторых моделей составляет 1000 кг. Для их перевозки используются мобильные транспортные шасси, одновременно выполняющие функцию платформы, с которой и осуществляется бурение.
Установки данного типа относятся к промышленному оборудованию. Они применяются для устройства водозаборных, поисковых, строительных, исследовательских и прочих видов скважин.
Бесспорными преимуществами таких моделей являются мобильность, высокая производительность, возможность транспортировки на любые объекты, быстрый монтаж и демонтаж.
Буровое оборудование ЛБУ
К числу наиболее популярных передвижных буровых машин принадлежит многоцелевая модель ЛБУ 50. Оборудование этой серии монтируется на различные модификации грузовых автомобилей КамАЗ, УРАЛ, ЗИЛ. Привод подвижного вращателя бурового механизма осуществляется от двигателя грузовика через КОМ, что в сочетании с мощной гидравлической системой подачи обеспечивает создание большой осевой нагрузки. Максимальная глубина скважин при использовании шнекового инструмента составляет 50 м, диаметр — 500 мм.
Все модели ЛБУ характеризуются высокой скоростью прохождения, надежностью, универсальностью и легким управлением (все операции механизированы).
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.
Вопросы по специфике бурения скважины шнеком
Шнек буровой – это труба, по внешней поверхности которой спирально проходит стальная полоса (Schnecke по-немецки «улитка»). На нижнем конце трубы располагается режущий наконечник.
Принцип работы: наконечник врезается в грунт, постепенно уходя на глубину. Разрыхленный грунт, как по транспортеру, движется по спиральной полосе и поступает наверх.
ПСК «Основания и фундаменты» осуществляет шнековое бурение и другие буровые работы, а также выполняет устройство фундаментов в Москве, в Московской области и в других регионах РФ.
Шнек может быть оборудован съемным керно-приемником. Наконечник тоже съемный (у некоторых моделей – несъемный, но это реже). В зависимости от плотности разбуриваемой породы рабочий орган оснащается:
- лопастным буром;
- двухлопастным долотом;
- трехлопастным долотом.
Диаметр у долота на полтора-два сантиметра больше, чем у самого шнека: при вращении колонны на ее поверхности образуется корка шлама, нужен небольшой люфт для свободного оборачивания.
Шнековый метод применяется на мягких породах (оптимально – до 4 категории). Но поскольку даже в мягких грунтах возможны твердые включения, режущую кромку лопасти изготавливают с использованием твердых сплавов, а иногда и технических алмазов.
У трехлопастных долот литой корпус и зубчатые лопасти с наклоном по винтовой линии, армированные восьмигранными твердосплавными резцами. Для мягкого грунта выбирают долото с рабочими лопастями под углом до 60 градусов, для более плотного – 90 (к оси бурения).
Технология шнекового бурения скважин
Глубина бурения шнеком достигает нескольких десятков метров, поэтому в процессе погружения ствол инструмента наращивают. Скорость вращения и шаг витков спирали выбирают так, чтобы оборудование не перегревалось, например:
- если диаметр оснастки 20 см – 150 об/мин максимум;
- если 10 см – до 500 и т.д.
Шлам (отработанный грунт) должен занимать 30 % пространства между витками.
В одних случаях для защиты инструмента от перегрева предусмотрено водяное охлаждение: труба – полая, вода подается через внутреннее пространство стержня. В других шнек охлаждается проходящей по транспортеру почвой. Мы рекомендуем проходку полым шнеком: бурение с центральным каналом наиболее эффективно, к резцу при необходимости можно подать воздух или воду.
Вращение колонны осуществляется за счет энергии электрического или бензинового двигателя. Мощность двигателя должна в полтора раза превышать технические возможности долота.
Для выполнения глубоких скважин мы иногда используем комбинации шнекового метода с другими – например, с канатно-ударным. Если в процессе погружения встретился пласт твердого грунта или валун, шнек его не одолеет, потребуется дополнительное оборудование.
На породах средней плотности дополнительное укрепление скважины может и не понадобиться – в процессе вращения шнек сам уплотняет стенки. На рыхлых грунтах мы используем обсадные трубы или тампонирование бетоном под высоким давлением. Средняя скорость бурения при этом около 30 метров.
Вы можете заказать шнековое бурение в нашей компании
Наш опыт работы – более 10 лет
Стоимость работы и переброски бурильной техники – самые низкие в регионе. По всем вопросам звоните: опросы? Звоните: 8 (495) 411-27-36
Применение шнекового бурения
Мы используем шнековое оборудование для решения следующих задач:
- геологоразведка, поиск полезных ископаемых;
- гидрогеологические исследования;
- инженерно-геологические исследования;
- сейсморазведка;
- геодезическая съемка;
- бурение на воду при неглубоких горизонтах;
- монтаж свайных фундаментов, подпорных стенок;
- установка инженерных конструкций, опор ЛЭП, гидротехнических объектов.
Плюсы и минусы шнекового бурения
Популярность метода объясняется следующими достоинствами:
- высокая скорость работ – во многом из-за того, что в процессе бурения не требуется поднимать инструмент и менять насадки;
- простота – промывочный раствор тоже не требуется;
- возможность бурить скважины большого сечения (до 80 сантиметров);
- можно бурить в холодную погоду. Бурение на воду даже лучше выполнять в мерзлом грунте;
- можно бурить под углом;
- при проходке стенка скважины уплотняется;
- универсальность применения: разведка, питьевая вода, свайные фундаменты, опоры инженерных конструкций и т.д.;
- низкая цена бурошнекового бурения.
Минусы и ограничения:
- не подходит для очень плотных (тем более, скальных) грунтов;
- небольшая глубина в сравнении с другими методами;
- возникают осложнения при работе на глинах и других вязких грунтах: изъятый материал липнет к лопасти.
Мы предоставляем услуги бурения скважин всеми существующими способами. Шнековое бурение используем чаще других, благодаря его универсальности и ценовой доступности.
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.
Наши специалисты помогут подобрать технологию бурения, оптимальную для решения ваших производственных задач.
Устройство шнековой буровой установки
- стойка крепится на буровой платформе шарнирным устройством;
- со стойкой подвижно связано навесное оборудование – рабочий орган и каретка с электроприводом;
- на валу установлена телескопическая колонна с буровым инструментом и очистителем. Колонна состоит из двух секций, нижняя оборудована лопастями;
- шнек с коронкой либо расширитель крепится к нижней секции пальцами. Наличие расширителя позволяет увеличить диаметр скважины до двух метров.
Шнековые бурильные комплексы функционируют по одному принципу и различаются, главным образом, спецификой производственных задач:
- ручные мотобуры. Самые компактные и легкие: в среднем масса 50-80 кг, предел – 200. Используются для устройства скважин на воду, а также для различных строительных задач: компактность позволяет работать в предельно стесненных условиях, в т.ч. в подвалах. Подробнее
- малогабаритные буровые установки шнековые. Масса – до тонны. Обычно мы используем эту технику на гусеничном шасси – это упрощает подъезд к труднодоступным местам. Кроме того шасси подходит в качестве платформы для бурения. Производительность такого оборудования гораздо выше, чем у ручного. Подробнее
- тяжелое мобильное оборудование размещается на шасси грузовиков, оно интегрировано в систему машины. Установки самые производительные и автономные, работа не требует подключения дополнительного оборудования. Управляются водителем авто из кабины. Подробнее
В нашем распоряжении современное оборудование всех типов. Мы подберем буровую установку в соответствии со спецификой ваших задач, объемом работ и условиями на вашем объекте.
Что такое бурение скважины шнеком
Бурение скважины
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:
- Бур под собственным весом погружается в грунт, ввинчиваясь за счет острого наконечника и винтовым резцам.
- Вращаясь, бур выдает на поверхность выработанную породу в чистом виде или в виде шлама.
- 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:
- Быстрота, с которой выполняются работы.
- Непрерывность процесса, автоматическое извлечение отработанной породы.
- 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:
- Если диаметр бура до 20 см, то скорость вращения должна находиться в диапазоне 150-200 оборотов в минуту.
- 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.
Загрузка...