Буровые или трубчатые колодцы

Особенности буровых, или трубчатых, колодцев

Буровыми колодцы называют потому, что их выполняют путем бурения с последующим опусканием в полученную скважину свинченных стальных" труб необходимого диаметра. Бурение производят на требуемую глубину, но не менее 10 м — до достижения водоносного слоя. В нижней части трубы, находящейся в водоносном слое, должно быть большое количество просверленных отверстий — для прохождения через них воды из водоносного слоя в трубу.

Бурение выполняют с помощью бура. Он состоит из четырех частей: стального стержня толщиной 25—50 мм., ручки, бурового инструмента и головки с отверстием, служащей для подъема и вытаскивания бура и его вращения. Головка (вертлюг) надевается на верхнее звено бурового стержня. Вверху имеется шарнирно закрепленное кольцо. За это кольцо во время бурения крепится канатом (веревкой) бур. Поскольку кольцо закреплено шарнирно, то канат (веревка) во время бурения не раскручивается (не расплетается).

В процессе бурения рыхлые грунты обваливаются и засоряют скважину. Чтобы избежать этого, в скважину вставляют обсадную трубу такого диаметра, чтобы в нее свободно входил бур. По мере бурения скважины обсадная труба опускается и для облегчения ее вращения в трубе устраивают хомут. При поворачивании обсадной трубы по ней можно наносить удары барсиком массой 5 кг и более. Использовать для этой цели кувалду не рекомендуется, так как при этом деформируется конец трубы с резьбой, которая сминается, и на нее невозможно навернуть муфту с другой трубой. Обсадные трубы по мере бурения удлиняются путем наращивания с помощью резьбовых соединений. Буровая скважина должна быть вертикальной. В силу этого и бур должен находиться в строго вертикальном положении. Для этого необходимо выполнить следующее.

Перед бурением кладут и прочно крепят к земле толстую доску с отверстием, соответствующим диаметру обсадной трубы. Как только обсадная труба резьбой дойдет до самой доски, отверстие расширяют, чтобы оно было немного больше диаметра муфты, с помощью которой соединяют две трубы. Доску крепят к земле с помощью длинных прочных кольев. Над доской сооружают треногу из толстых жердей или бревен с прикрепленным к ее вершине блоком. На треноге устанавливают дощатый настил или помост, с которого через отверстие в доске строго вертикально ставят обсадную трубу и ввинчивают ее в грунт. В осадную трубу вставляют бур, который подвешивают на цепи (веревке), и перекидывают цепь через блок треноги. В одну из ног вбивают костыли, по которым поднимаются на вышку.

Бур свободно вращается с помощью рычага или ключа и тем самым углубляется в грунт на всю длину бурового инструмента. Размер или длину инструмента желательно наметить на стержне или трубе. После этого бур вынимается из скважины, освобождается от грунта и повторно опускается в обсадную трубу. Затем операции повторяются. Бурение продолжают до тех пор, пока бур не дойдет до водоносного слоя. По мере углубления в грунт обсадную трубу и стержень бура наращивают новыми звеньями с помощью муфт с резьбой и закрепляют болтом, чтобы они не разошлись.

Кроме бурения иногда применяют ударный способ разработки грунта. Таким образом, чаще всего разрабатывают плотные и каменистые грунты, поднимая и опуская трубу с инструментом в скважину. От удара плотные или каменистые породы разрушаются и удаляются из скважины.

Трубчатые колодцы гигиеничнее других, так как вода попадает в них не сразу, а предварительно очистившись, потому что прошла через различные слои грунта. Буровые колодцы строят гораздо быстрее шахтных — всего за 5—7 дней при глубине бурения до 20 м, тогда как на обустройство шахтного колодца на такой глубине потребуется 30—60 дней. Кроме того, они в 4—5 раз дешевле шахтных. Буровые колодцы закрыты с наружной стороны толстым слоем грунта. Воду из них подают насосами, что более гигиенично, чем подъем воды бадьей или ведром.

Оборудование для строительства буровых колодцев

Для строительства буровых колодцев необходимы копер, т.е. тренога, или вышка, инструменты, трубы, фильтры и т. д. Копер состоит из трех бревен диаметром 13—18 см в тонком конце, длиной 8—9 м. Бревна должны быть прямыми и без сучков. Для глубоких скважин и большого диаметра копер можно изготовить из четырех ног, расстояние между которыми должно быть не менее 2 м, чтобы обеспечить устойчивость. Концы ног заглубляют в землю не менее чем на 1 м.

Высота копра зависит от длины обсадных труб, глубины бурения и т. д. Вверху тонкие концы копра, т. е. бревен, скрепляют шкворнем с головкой и гайкой диаметром не менее 35 мм. К шкворню крепят серьгу для канатного однороликового блока.

На высоте 2,5—3 м от уровня земли на поперечинах треноги   делают   настил   из   5—6-сантиметровых   досок, на которых во время бурения могут находиться рабочие. Для подъема рабочих к верху треноги можно оборудовать перекладины, закрепив их длинными гвоздями или скобами. Между двумя ногами копра крепят ворот, который необходим для подъема и опускания труб и штанг.

Для  подъема  труб,   сильно  удерживаемых  породой (грунтом), применяют балансиры, т. е. рычаги с прикрепленным к ним через блок буровым канатом. Балансир можно также использовать при ударном бурении.

Поднимать из породы трубы рекомендуется двумя или тремя рычагами, подставляя под них козелки. На трубе для упора рычагов крепят хомут. Переставляя хомут, поднимают трубу. Хомуты, как уже было сказано, бывают стальные и деревянные. Они нужны для вращения, посадки и подъема обсадных труб и штанг.

Стальные хомуты изготовляют из полосовой стали, деревянные — из древесины твердых пород без сучков, диаметром 18—25 см, длиной 2,5—3 м. На толстых концах древесины делают выемки для труб. Стягивают половинки хомутов двумя или четырьмя массивными болтами, желательно с ленточной резьбой и гайками с барашками.

Для свинчивания и развинчивания труб используют цепные ключи разных размеров, а если их нет, то канатную петлю, которую навинчивают на трубы пятью-шестью витками. На трубах устраивают две канатные петли: одну — для удерживания одной трубы, вторую — для вращения другой.

Техника устройства канатной петли следующая. Берут конец каната или тонкого троса длиной 2—3 м, наматывают его двумя витками вокруг трубы. Затем один конец спускают вниз вдоль трубы на 500—1500 мм. Верхний конец каната наматывают на трубу и делают 5—6 нисходящих витков по концу, опущенному вдоль трубы. В петлю просовывают лом или вагу (брусок или древесный ствол длиной 2—3 м). При нажиме на лом или вагу петля начинает затягиваться, туго прижимая витки к трубе, и трубу вращают в нужную сторону. Вторая петля удерживает вторую трубу колонны,  которая состоит из двух или нескольких труб

Бурение скважины

Перед бурением скважины весьма желательно иметь представление (хотя бы ориентировочное) о характере грунта, чтобы знать, какой нужно приготовить инструмент, а также на какой глубине может встретиться вода.

При штанговом вращательно-ударном ручном бурении скважины глубиной до 20 м и диаметром до 76 мм работать можно без треноги. Такую скважину могут свободно пробурить 3—4 человека. Для бурения же скважины диаметром 150—200 мм с трубами длиной до 4—5 м тренога необходима. Но поскольку масса треноги составляет 300 кг, для ее установки потребуются несколько человек или подъемный кран.

Для бурения неглубокой скважины можно изготовить и более легкую треногу. Работать с ней гораздо проще, и для ее обслуживания требуется меньше людей. Техника бурения заключается в следующем. Прежде всего, роют шурф, опускают в него инструмент, бурят, а затем вынимают колонну (свинченные трубы) с инструментом с помощью лебедки или ворота. Очередную штангу наращивают тогда, когда конец предыдущей находится выше уровня земли не более чем на 1 м.

trenoga1

В процессе бурения через каждые 50—70 см погружения инструмента в породу его извлекают для очистки и таким образом достигают нужной глубины. При необходимости ставят обсадные трубы.

Мелкое вращательно-ударное бурение без треноги производят с помощью нескольких коротких штанг (труб) длиной по 1; 1,5 и 2 м. Когда ими будет пройдена скважина на глубину штанги, короткие вынимают и заменяют их длинной штангой. При бурении штанга с инструментом или обсадная труба должны направляться в скважину строго вертикально. Поэтому первоначальная стадия этого процесса называется забуриванием. При забуривании двое рабочих вращают штангу, с инструментом или просто бур, а третий направляет ее точно по вертикали, систематически проверяя отвесом. Вместо этого можно установить легкую треногу или прочно закопать в землю два столба с прибитой толстой жердью или доской. К треноге или жерди строго вертикально приставляют обсадную трубу, прочно ее закрепляют, вставляют бур и начинают бурение.

Иногда поступают так. Над шурфом устанавливают треногу, для определения центра скважины через блок пропускают отвес, находят точку и придвигают в это место доски кромками для будущей щели. На досках в стыке кромок отмечают центр, обводят из него окружность, равную диаметру муфт штанги или обсадной трубы, если ее ставят в первую очередь. Доски снимают, вырезают отверстие по обведенной линии, а затем их снова ставят строго на место и прочно укрепляют. В отверстие опускают отвес на доски (пластины), уложенные на дне шурфа. Снова находят центр доски, обводят из него окружность, снимают доски (пластины) и вырезают отверстия. И первое, и второе отверстия должны быть расположены строго одно над другим, т. е. на одной вертикали. После этого доски (пластины) на дне шурфа прочно крепят к подкладкам. При таких вариантах забуривание будет происходить строго вертикально как вручную, так и с треноги. Затем в отверстие вставляют колонну с инструментом и пробуривают начальную скважину требуемой глубины (не менее 1 м, но чем глубже, тем лучше, считая эту глубину от пола шурфа). Если стенки скважины сложены из устойчивой плотной породы, то можно бурить без обсадки на всю длину первой обсадной трубы. При неустойчивых породах в шурфе пробуривают змеевиком или ложкой начальную скважину глубиной 1 м или более, но также строго вертикально, опускают туда обсадную направляющую трубу с башмаком, после чего ее завертывают или забивают.

На трубе, на высоте 1—1,5 м от поверхности земли закрепляют хомут и приступают к бурению, небольшими толчками вращая трубу по ходу часовой стрелки. Башмак обрезает стенки скважины, что способствует опусканию трубы. Если от обычных толчков обсадная труба не опускается, то сначала ее вращают против часовой стрелки, а затем — по ее ходу. Срезаемая башмаком обсадной трубы порода заполняет скважину и приводит к прекращению осадки трубы в скважину. Поэтому периодически приходится очищать трубу от породы желонкой. По мере заглубления штанги с инструментом в породу хомут на ней переставляют так, чтобы он был на расстоянии 1—1,5 м от настила. Штанги наращивают по мере надобности, пользуясь короткими или нормальной длины трубами. Скважины малых диаметров в мягких породах глубиной до 30 м выполняют ложкой или змеевиками. Змеевик хорош в плотных породах: глинах, суглинках. Им работают быстрее, чем ложкой, но он плохо удерживает породу, которая при подъеме инструмента часто падает назад в скважину.

Во влажных грунтах инструмент через каждые 5—10 см следует отрывать (поднимать) от забоя. По мере бурения осаживают и обсадные трубы, но так, чтобы буровой наконечник был ниже башмака обсадной трубы. За один прием им обычно проходят не более 30—40 см. При бурении в сухих породах ложками и змеевиками для повышения производительности труда перед каждым опусканием инструмента в скважину вливают по 1 л воды. Вода размягчает породу, которая прилипает к инструменту, и одновременно является смазкой, облегчающей его вращение. При бурении после каждого удара следует поворачивать инструмент на V8—VlQего окружности. Это необходимо для получения круглой скважины. Инструмент поворачивает рабочий, специально поставленный у штанги. Делает он это с помощью укрепленного на штанге дополнительного хомута. Долото, над забоем поднимают в зависимости от породы в среднем на 30—50 см. Масса инструмента должна исходить из расчета 1—2 кг на 1 мм лезвия плоского долота. Во время бурения рекомендуется наносить не менее 8—12 ударов в минуту. Эту работу можно выполнять и с балансиром. К концу длинного плеча балансира крепят 2—4 веревки с деревянными ручками на концах. Нагибая за эти веревки длинное плечо балансира книзу, а затем, быстро опуская, производят удары буровым инструментом по забою скважины.

Вращая штангу или обсадную трубу, рабочие не ходят вокруг нее, а передают рукоятки шарнирного хомута один другому. Для облегчения вращения не следует удлинять концы шарнирных хомутов или ключей с помощью патрубков. Часто первую обсадную трубу не завертывают, а забивают в породу барсиком или деревянной бабкой-колотушкой. Чтобы защитить концы трубы с резьбой от повреждения, на них надевают специально изготовленные деревянные муфты или укрепляют деревянные чурки (отрезки стволов дерева). Эту первую обсадную трубу осаживают на глубину 4—5 м, считая от пола вырытого шурфа. Потом ее заглубляют ударным или вращательным способом, что зависит от качества грунта,

В дальнейшем буровой инструмент работает внутри обсадных труб с чередованием операций: сначала бурят, затем извлекают породу, далее опять вставляют инструмент в трубу, опять бурят и т. д. Опускание труб продолжается до тех пор, пока сила трения не воспрепятствует этому и трубы не остановятся. Затем внутрь трубы свободно вводят трубу меньшего диаметра, и операции возобновляют в той же последовательности. Практически трубы одного диаметра могут быть углублены в породу в среднем на 40—50 м. Для забуривания в штанге делают отметку мелом на высоте 50—70 см от настила (практически отметку делают на длину инструмента). Бурение прекращают, когда отметка вплотную приблизится к настилу.  После этого штангу с инструментом (наконечником) извлекают из скважины вместе с захваченной породой, очищают инструмент и снова опускают в скважину. Процесс повторяют в том же порядке.

При каждом опускании штанги с наконечником для очередной проходки на штанге делают мелом отметку на длину инструмента.

Фильтры

Буровые колодцы должны быть обязательно снабжены фильтрами для очистки воды, поступающей к насосу. В такой воде нет мельчайших песчинок, которые ее загрязняют. Кроме того, песчинки, попадая в трущиеся части насоса, быстро приводят его в негодность. Наибольшее распространение получили следующие конструкции фильтров. Дырчатый фильтр без сетки — это стальная перфорированная труба с просверленными в шахматном порядке круглыми отверстиями диаметром 1—20 мм. Число отверстий должно быть таким, чтобы их общая площадь составляла примерно 20—25 % общей поверхности трубы. Фильтр устанавливают в водоприемной части скважины в неустойчивых скальных породах или крупноблочных рыхлых породах. Диаметр труб 76, 102, 152 мм при диаметре отверстий 12, 16, 18 мм. Число отверстий на 1 м трубы по ее длине.

Стальной щелевой фильтр представляет собой стальную трубу, на которой в шахматном порядке расположены узкие прямоугольные отверстия (щели), прорезанные на специальном станке или газовой сваркой. Ширина щелей 1,5—3, длина 26—100 мм. Фильтр с проволочной обмоткой — это стальная перфорированная труба соответствующего диаметра и длины. По ее длине приваривают через 20—30 мм опорную проволоку диаметром 3—4 мм, на которую затем вплотную один к другому кладут витки из стальной проволоки толщиной 1,5—2 мм. Для фильтра диаметром до 100 мм берут проволоку толщиной 1,5 мм, а свыше 100 мм — толщиной 2 мм. Проволочную обмотку крепят сваркой. - Сетчатый фильтр служит для улавливания песков, находящихся в воде, кроме однородных мелкозернистых и глинистых. Такие фильтры состоят из перфорированной трубы с опорной латунной проволокой диаметром 2,5—3 мм, сверху которой закрепляют сетку. Опорную проволоку навивают на трубу спиралью (через 15—30 мм виток от витка), и все закрепляют чеканкой. Сетку из меди, а лучше из латуни закрепляют так, чтобы она не соприкасалась с самой трубой, и сшивают такой же проволокой. Такие сетки имеют отверстия диаметром 0,1— 0,5 мм (лучше 0,25 мм). Подбирать их рекомендуется в соответствии с составом и свойствами пород.

Гравийные фильтры бывают двух типов. Самый простой: гравий засыпают в скважину после ее устройства. Сначала туда опускают дырчатую трубу или сетчатый фильтр, который по мере подъема обсадных труб обсыпают гравием. Его зерна должны быть в 10—20 раз крупнее диаметра водоносного песка. Все перечисленные виды фильтров изображены на рис. 2.

filtr

Абиссинский колодец

Всвое время в Америке широко использовался простейший буровой колодец для получения воды из неглубоких скважин, предложенный Нортоном. Он пригоден для небольшого водоснабжения и способен поднимать воду с глубины не более 7 м. Во время войны Англии с Абиссинией в 1867—1868 гг. нортоновский колодец широко использовался англичанами для обеспечения водой своей армии и в дальнейшем стал называться абиссинским.

Абиссинский колодец — достаточно простое комбинированное устройство. Оно легкое, удобное и доступное каждому. Состоит колодец из труб разного внутреннего диаметра — от 32 до 75 мм, и длиной он не более 1,5 м. Такая длина удобна для забивания труб в грунт строго вертикально без использования подмостей. Трубы имеют толщину стенок 5—6 мм и резьбу на концах. Стенки такой толщины более прочные и поэтому широко применяются в абиссинских колодцах.

Часто вместо забивания трубы опускают в предварительно пробуренное отверстие. Это дает полную гарантию, что при тяжелых грунтах трубы не погнутся, а легко опустятся в скважину, особенно это относится к фильтрам, которые намного слабее труб и могут гнуться при забивке. Кроме набора труб, к колодцу придается насос поршневого типа в виде колонки с рычагами.

Таким образом, конструкция абиссинского колодца включает: наконечник для фильтра или башмака в виде четырехугольного острия длиной 200—300 мм с наружным диаметром на 5—10 мм больше диаметра фильтра с резьбой, навинчивающуюся массивную стальную муфту для соединения с трубами, фильтр, муфты стальные с резьбой, муфты с зажимом, по которым ударяет баба, блок с веревками, трубу и небольшую деревянную треногу, желательно с нижней рамой.

К треноге рекомендуется прикрепить направляющую стойку, к которой крепят забиваемый наконечник, и трубы. По этой же стойке движется баба. Процесс забивки фильтра и труб аналогичен описанному ранее. Фильтр состоит из трубы длиной 1—2 м с отверстиями, расположенными в шахматном порядке, не доходя на 100— 150 мм до муфты и наконечника. В фильтре по окружности • трубы высверливают 10—15 отверстий диаметром 3—8 мм. Эти отверстия отрицательно влияют на твердость трубы и поэтому она гнется при забивке. На сверленую часть фильтра навивают проволоку диаметром 2—3 мм из нержавеющего металла с зазорами между витками 15—20 мм. Сверху навитой проволоки крепят с помощью пайки или специальной сшивки фильтровальную сетку. В муфте на фильтры крепят шаровой клапан, а над ним стопор в виде шпильки, который ограничивает подъем клапана.

Производительность колодца зависит от диаметра всасывающей трубы. Длина хода поршня 200 мм, производительность при 50 ходах поршня в 1 минуту — 20. 32. 50 и 65 л. Если поднятая из скважины вода малопригодна для питья, приготовления пищи и для других целей, приходится продолжить бурение на большую глубину с применением не одного, а двух указанных колодцев.

Поступают так. Роют котлован глубиной 7 м, располагая его рядом с колодцем с непригодной водой. В котловане делают ступени, а внизу котлована — площадку, с которой будут вновь забивать в грунт следующие трубы колодца. Таким образом, вода будет подниматься с глубины до 14 м. Для этого в котлован под первый насос ставят какую-либо емкость: нержавеющую металлическую посуду или деревянную. Фильтр наружного колодца опускают с земли в эту посуду. Порядок подъема воды следующий. Сначала посуда заполняется водой из первого насоса, расположенного в котловане, а затем эта вода поднимается наверх вторым насосом. Но можно обойтись и одним насосом (колодцем), наливая воду в котловане и поднимая ее вручную по ступеням наверх. Конечно, этот котлован следует соответственно оборудовать: укрепить стенки, сделать ступени, а еще лучше лестницу с поручнями и выполнить покрытие.


ТПК «Мастер-Бур»

Предаставляет

Дочернюю компанию
«Мастер-Оград»

Подробнее...