Что такое шнековое бурение скважин

Технология шнекового бурения скважин станками

Земляные работы, несмотря на простоту, считаются самым тяжелым процессом. Шнековое бурение скважин – это способ облегчить и ускорить их, одновременно минимизировав риск обрушения пород. Высокотехнологичное оборудование позволяет проводить выработку практически круглогодично, вне зависимости от погодных условий.

1. Что такое шнековое бурение скважин
2. Принцип бурения шнеком
3. Преимущества и недостатки метода

Что такое шнековое бурение скважин

Шнековое бурение скважин

В регионах, где преобладают грунты с низким показателем твердости, подготовка ствола для установки водозаборного оборудования вызывает множество проблем. Поэтому при бурении песчаных и песчано-гравийных грунтов глубиной до 60 м, а иногда и более используют шнековый метод. Конструкция оборудования представлена несколькими элементами.

• Шнек – это устройство, представляющее собой металлическую трубу с буровой головкой-долотом и винтообразно закрепленной железной пластиной-ребордой для отвода разрушенного грунта на поверхность. Изделие является сборным и состоит из нескольких, соединяющихся между собой в процессе работы элементов.
• Долото фиксируется под углом от 300 до 600 к несущей оси. Чем рыхлее грунт, тем меньше значение угла нужно выставлять. При прохождении через твердые гравийно-галечные породы рекомендуется использовать головку с высокопрочными техническими алмазами. Сечение скважины обычно не превышает 600-800 мм, но в случае исключения допускается использование шнеков 1500 мм и более.

Виды шнековых буров

Во время проведения длительных работ происходит нагрев устройства, в результате которого вращательный процесс снижается. Поэтому все чаще шнек для бурения скважин имеет канал подачи, через который вода или воздух поступая к резцу, охлаждает его. Однако в основном процесс понижения температуры происходит за счет соприкосновения головки с разрушаемым грунтом.

Ось инструмента изготавливается из среднеуглеродистой легированной стали повышенной прочности и свариваемости. Винтовые лопасти из высокомарганцовистой стали крепятся к трубе сваркой. Режущая часть выполняется из подвергнутой цементации высоколегированной стали, что позволяет увеличить твердость, избежав появления хрупкости.

При необходимости бурения на большую глубину используются специальные механизмы с вращателем, скорость которого зависит от диаметра скважины: при большом она варьируется в пределе 100-250 об/мин, а при маленьком доходит до 500 об/мин.

Шнековое бурение скважин различными буровыми установками

Шнековое бурение скважин станками типа ЛБУ 50 часто применяется вкупе с методом использования обсадных труб или с технологией тампонирования. Подобные конструкции дают возможность одновременно с выборкой грунта укреплять скважину, устанавливая удерживающие породу стенки и этим предотвращать обрушение. Кроме того, шахты сделанные с использованием данных технологий не требуют выполнения промывки.

Буровая головка со шнеком могут быть как раздельными, так и цельными. Комбинированный вариант называется шнекобуром. Главным требованием к оборудованию являются его надежность, мобильность и транспортабельность.

Шнековый способ используется в основном при обустройстве скважин с низким количеством забора жидкости или для формирования неглубоких колодцев. В первом случае используется механизированный труд, а во втором может применяться ручной. Кроме того, данный метод распространен при инженерных и сейсморазведочных работах гидрогеологических съемках при поиске полезных ископаемых.

Принцип бурения шнеком

Шнековое бурение не требует использования промывочной жидкости, порода выносится на поверхность на лопастях инструмента

Основой метода является вращательное действие, которое в зависимости от предстоящего объема работ выполняется ручным или механизированным способом.

1. При выборе оборудования учитывается, что реборда предназначена лишь для транспортировки, поэтому диаметр долота или бура должен быть на 20-40 мм больше сечения шнека. При постоянном бурении с большой скоростью центробежная сила прижимает часть грунта к стенкам шахты, уплотняя их, что способствует образованию шламовой корки.
2. Рабочий процесс должен проходить с минимальным количеством прерываний. Для увеличения силы крутящего момента и повышения производительности оборудование устанавливается на шасси.
3. Технология шнекового бурения скважин, выполняемая станками типа ЛБУ 50 включает: охлаждение рабочего инструмента, транспортировка на поверхность разрушенного грунта, укрепление стен полученной шахты. Применение автопередвижных установок уменьшает потери времени при изменении места дислокации буровой. Использование данного оборудования позволяет заглубляться до 200 метров при сечении 190 мм. Наличие пневмоударника допускает формирование скважины диаметром 550 мм.
4. Для запуска шнека в действие необходимо доставить его на место и перевести в рабочее положение путем опускания опорных башмаков. После этого происходит забуривание. Направленное движение шнека при высоких оборотах обеспечивается жесткой конструкцией установки. По мере погружения присоединяются дополнительные секции.
5. При бурении скважины своими руками используя самодельный бур и дополнительные приспособления промышленного производства, технологический процесс не меняется. Единственной разницей являются габариты мобильного устройства, а так же ограничение глубины 60-70 метрами.

Метод шнекового бурения позволяет выполнить проход в вертикальной, горизонтальной и наклонной плоскостях. Технология предполагает использование гидравлической станции. При выполнении работ идет одновременное обсаживание стен металлическими трубами. В остальном процесс идентичен.

Преимущества и недостатки метода

Большая нагрузка на инструмент приводит к его поломке

Согласно статистике, цена производства скважин при помощи шнекового бурения является самой низкой, скорость введения их в действие наиболее быстрой. Однако данный метод имеет как плюсы, так и минусы.

Кроме быстроты исполнения работы к положительным сторонам можно отнести простоту оборудования и несложный технологический процесс, что позволяет домовладельцам выполнять малообъемные работы и добираться до глубоко залегающих водоносных слоев самостоятельно. Инструмент легко монтируется и допускает быструю замену изношенных деталей. Отсутствует необходимость проливания водой ствола шахты при бурении и возможности удаления грунта, без извлечения инструмента. Плюсом можно считать отсутствие необходимости заниматься длительной прокачкой колодца при его запуске в эксплуатацию. Глина, песок и другие примеси в стволе фактически отсутствуют, фильтры водонасосов не засоряются, рекультивация не нужна.

Отрицательных сторон у технологии также достаточно. Главными считаются ограничение по глубине и ширине скважины, а также отсутствие возможности бурения в любом грунте. Даже если параметры почвы соответствуют технологическим требованиям, присутствие на пути бура большого камня может привести к необходимости смены участка. Кроме того, при работе происходит большая нагрузка на привод инструмента и может произойти его демонтаж или поломка. Именно поэтому применение данного способа наиболее распространено в регионах с близким залеганием пригодных для питья вод и со слабым грунтом. К недостаткам шнековых скважин также можно отнести небольшой приток воды, которого может не хватить на удовлетворение запросов большой семьи.

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.

1. Технология бурения
2. Особенности технологии
3. Достоинства и недостатки метода
4. Применение ручных установок
5. Легкое самоходное оборудование
6. Буровое оборудование ЛБУ
7. Этапы проведения работ

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.

Угол при использовании шнека на твердых грунтах должен быть 90 градусов.

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:

Шнековый способ бурения хорош тем, что есть возможность разработки скважин большой глубины.

• 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.

Максимальный вес шнековых буровых машин составляет тонну.

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.

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:

• Мерзлом;
• Рыхлом;
• Мягком.

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.

Шнековое бурение

Большое распространение имеет вращательное шнековое бурение в породах невысокой твёрдости, не требующее применения промывки скважин. Разрушенная долотом порода попадает на винтовую поверхность шнеков, вращающихся с большой частотой вращения, и выносится наверх к устью скважины.

Шнековое бурение обеспечивает большие механические скорости, так как долото не перемалывает и не истирает уже отделенную от забоя породу. Процесс очистки забоя скважины при шнековом бурении идет непрерывно и параллельно разрушению породы. Отделенная от за¬боя порода попадает на быстро вращающийся винт-шнек. Под действием центробежных сил она прижимается к стенкам скважины. Непрерывно набегающая винтовая лента шнека поднимает ее вверх к устью скважины, причем часть породы втирается ребордой ленты в стенки скважины.

При шнековом бурении забой скважины эффективно очищается от разрушенной породы, что обеспечивает большие механические скорости бурения в породах до IV категории по буримости.

С большой механической скоростью бурятся слабое цементированные отложения мелкой гальки и щебня, так как последние не разрушаются, а целиком выносятся на поверхность. Плохо работает шнековый транспортёр в вязких глинах, которые налипают на шнеки и препятствуют транспортировке выбуренной породы.
Охлаждение долота и шнеков осуществляется за счет их быстрого углубления в мягкие породы с изменяющейся температурой. Глубина шнекового бурения от 1,5 до 50-80 м.

Применяют шнековое бурение для проходки инженерно-геологических и поисковых скважин (с использованием кольцевого породоразрушающего инструмента, позволяющего получать керн, и полого магазинного шнека, рис. 5в), а также в сочетании с другими способами при гидрогеологических исследованиях.
Преимущество шнекового бурения мелких скважин в мягких породах – большая скорость углубления; непрерывная транспортировка породы без подъема инструмента; возможность бурения без промывки. Недостатки – незначительная глубина бурения, большая потребная мощность для вращения тяжелой шнековой колонны.

Инструмент для бурения шнеками состоит из долота, шнековой утяжеленной бурильной трубы и колонны шнеков.
Для повышения ресурса долота (рис. 6) армируют резцами из твёрдого сплава. Диаметр долота на 15-20 мм больше диаметра шнека, чтобы колонна шнеков могла свободно вращаться в скважине, на стенках которой образуется шламовая корка.

Наибольшее распространение получили двух- и трехлопастные долота. Трехлопастное долото имеет литой стальной корпус с зубчатыми лопастями с наклоном по винтовой линии. Лопасти армированы твердо¬сплавными восьмигранными резцами.

Шнек состоит из трубы – шнековой штанги диаметром 60 – 73 мм, к наружной поверхности которой приварена по спирали наклонная стальная лента толщиной 5-6 мм. Шаг спирали равен 0,7 – 0,9 наружного диаметра шнека. Длина шнеков 1,3 – 3 м, диаметры 70-300 мм и более.
Для соединения шнеков к их концам привариваются полузамки, выполненные в виде шестигранной втулки и шестигранного хвостовика, закрепленных между собой пальцами и пружинной защёлкой. Нижние шнеки имеют более толстостенные реборды для увеличения массы и прочности шнека. Шнеки могут соединяться также резьбой. Колонковый (полый) шнек служит для бурения с отбором керна.

Для бурения с отбором керна собирают такой снаряд: колонковый шнек, несколько обычных шнеков и специальные бурильные трубы диаметром 73 мм. Колонковые шнеки применяют диаметром 180 и 135мм, а коронки к ним соответственно 198 и 148 мм. Шнек колонкового бурения с одной стороны имеет наружную правую резьбу для соединения с коронкой, с другой – хвостовик для соединения со шнеками. Тонкостенная разрезанная вдоль труба, помещенная внутри шнека, является керноприемной. После того как шнек наполнится керном, его поднимают, отвинчивают коронку, захватывают крюком за отверстия керноприемной трубы и извлекают ее вместе с керном из трубы шнека. Керноприемную трубу разъединяют на две половины и вынимают керн.

Для извлечения керна из скважины без подъёма шнековой колонны применяют шнеки с большим проходным отверстием. На канате внутрь шнековой колонны опускается грунтонос, который закрепляется защелками-фиксаторами в нижнем шнеке. После наполнения грунтоноса.

керном дают натяжение канату ловителя. Специальное устройство освобождает защелки от упоров, и грунтонос с керном поднимают на поверхность, а в скважину сразу же опускают заранее подготовленный порожний грунтонос.

Шнековое бурение скважин диаметром 50-100 мм на глубину до 7-10 м при инженерно-геологических изысканиях, поисковых и съемочных работах можно производить мотобурами М-10, КМ-10. Благодаря малой массе, не превышающей 15 кг, такой агрегат легко переносится одним человеком.
Для бурения шнеками скважин глубиной до 15 м применяется установка УКБ-12/25 и её модификация УКБ-12/25С.
Для бурения скважин шнеками глубиной до 20 м используют установки типа УПБ и ССБ-20.
Установка УРБ-2А-2 позволяет бурить шнеками скважины глубиной до 30 м.
Геологическая документация при шнековом бурении обеспечивается изучением поднимаемой шнеками породы. Для уточнения участков, с которых отбирается проба, бурят ограниченными интервалами.

Чтобы купить шнековую буровую установку или получить подробную информацию по наличию/срокам изготовления, обращайтесь к нашим менеджерам по тел.: +7 (343) 220-82-64, +7 (343) 220-83-90, +7 (343) 220-60-57.

Шнековое бурение скважины

Содержание статьи:

1. Конструкция и виды шнеков
2. Подготовительные работы
3. Технология бурения скважины
   • В твердой почве
   • В сыпучем или вязком грунте

Шнековое бурение скважин — это выполнение неглубоких вертикальных шахт спиралевидным инструментом от поверхности к водоносному слою для добычи воды с помощью насоса. В процессе работы лопасти приспособления измельчают породу и выводят на поверхность. В статье приведена полезная информация для всех желающих сделать скважину вручную с помощью этого инструмента.

Конструкция и виды шнеков для бурения скважины

Шнек применяется для создания неглубоких скважин для добычи воды. Чаще всего таким способом удается добраться до безнапорных водоносных слоев, расположенных на глубине 5-20 м. Обычно эту жидкость пить не рекомендуется, но решение о ее использовании окончательно принимается после проведения анализа в санэпидстанции.

Шнек представляет собой винтообразное изделие, которое ввинчивается в землю и поднимает на поверхность раздробленную почву. Приспособление состоит из оси с лопастями и наконечником. Существуют шнеки для ручного и машинного бурения.

Типы ручных инструментов и их предназначение приведены в таблице:

Тип шнека	Особенности использования
С одним рядом лопастей, которые наклонены под углом 30-60 градусов	Для бурения скважины в мягких и рыхлых почвах. Лопасти крошат грунт и поднимают наверх.
С одним рядом лопастей, которые наклонены под углом 90 градусов	Для бурения скважины в плотных и гравийно-галечных пластах. Лопасти нарезают грунт и поднимают его без дробления. При извлечении из ствола земля с них не падает.
С двойной спиралью	Вторая ветка уменьшает отклонение инструмента в сторону при вращении.
С трубчатой центральной частью	Позволяет подавать воду в шахту во время бурения.

Пользователи выбирают шнековый метод бурения скважин из-за высокой скорости проходки и небольшой стоимости работы. Из недостатков можно выделить необходимость часто поднимать инструмент для его очистки и падение земли с приспособления обратно в шахту при выемке.

Вращать изделие тяжело, поэтому требуется участие двух помощников. Для бурения в скалистых грунтах рекомендуется приобрести сборно-разборное компактное устройство, работающее от электрической сети или бензинового двигателя. Если работа разовая, его лучше взять в аренду. Рабочий инструмент продается в строительных магазинах. При наличии достаточного опыта работы с металлом шнек можно изготовить самостоятельно из труб и металлических листов.

При шнековом бурении в скважину обязательно устанавливают обсадные трубы, выполняющие такие функции:

Предотвращают осыпание стенок ствола;

Не допускают заиливание источника;

Защищают скважину от верховодки и грязных потоков;

Исключают засорение источника.

При выборе обсадной трубы обращайте внимание на такие моменты:

Для защиты ствола рекомендуется использовать металлические нержавеющие или пластиковые изделия. Срок их службы превышает 50 лет.

Пластиковые трубы непрочные, и их нельзя устанавливать в скважины более 15 м глубиной. Они не всегда ровные, и при бурении шнек может их повредить.

Недостатком нержавеющих изделий является их дороговизна.

Оцинкованные и асбестовые трубы не устанавливают в скважину, в их составе присутствуют вредные для человека элементы.

Диаметр обсадной трубы выбирается таким, чтобы между насосом и стенками оставался зазор не менее 7 мм. Для справки: самый распространенный размер глубинного насоса — 86 мм.

Подготовительные работы перед бурением скважины

Перед работой необходимо приобрести основные и вспомогательные приспособления, а также расходные материалы. Часть оснастки и составных частей для скважины легко сделать самостоятельно по нашим рекомендациям.

Для бурения понадобится тренога, состоящая из трех деревянных брусьев диаметром 15-20 см длиной 3-4 м или металлических труб (если есть лишние). Высота конструкции должна быть на 1,5-2 м больше того, что будет подниматься и опускаться.

Выполните сборку треноги в такой последовательности:

Положите на землю 2 бруса в виде треугольника.

Соедините бревна в верхней части гвоздями или другим способом.

Просверлите в брусьях, в нижней части, отверстия, в которые будут установлены стяжки.

Проденьте сквозь отверстия трубы и закрепите их, чтобы ноги не разъезжались.

Поднимите треугольник на одно бревно и зафиксируйте.

Положите на землю третью ногу таким образом, чтобы вся конструкция напоминала наклоненную пирамиду.

Закрепите третье бревно в верхней части к первым двум.

Соедините все бревна между собой стяжками, продев их через выполненные отверстия.

Установите конструкцию в вертикальное положение.

Закрепите к верхней части крюк для лебедки.

Подъемный механизм допускается крепить в нижней части треноги, а вверху, в месте соединения бревен, зафиксируйте блок вместо крюка и протяните цепь или канат. В качестве подъемного механизма можно использовать ворот, который крепится между ногами треноги в нижней части конструкции.

Установите изделие над местом будущей скважины и закрепите от перемещения в горизонтальной плоскости. Для этого опоры вкопайте на 0,7-0,8 м в грунт, а под них подложите метровые брусья. Не рекомендуется фиксировать ноги на поверхности земли вбитыми вертикально ломами.

В нижней части шахты, в водоприемном участке, должен быть установлен фильтр. Его несложно сделать из куска обсадной трубы, который первым устанавливается в скважину.

Работа выполняется таким образом:

Просверлите в колене на длине 100-110 см отверстия диаметром 5-8 мм в шахматном порядке. Между рядами оставьте зазоры 5 см. Чаще отверстия не сверите, они ослабят изделие. Вместо них можно выполнить прорези длиной 2,5 см и шириной 1-1,5 мм через 2 см.

Один из торцов колена заострите или сделайте зубчатым, а острия разведите в разные стороны, как у пилы.

На противоположной стороне фильтра нарежьте резьбу для соединения с соседними элементами. На других частях резьбу нарезайте с обеих сторон.

Если обсадная труба устанавливается в готовую скважину, оберните перфорированную часть сеткой по бокам и снизу. Вместо сетки колено допускается обмотать снаружи нержавеющей проволокой.

Фильтр можно установить внутрь обсадной колонны, но для этого он должен помещаться внутри конструкции. В таком случае рекомендуется покупать готовое изделие, которое плотно войдет в ствол.

Технология бурения скважины шнеком

Существуют различные технологии шнекового бурения скважин. Выбор методики зависит в основном от состава грунта над водоносным слоем. Если почва твердая на всей глубине шахты, обсадную трубу устанавливают после выполнения скважины. Однако в большинстве случаев она осаживается параллельно с опусканием инструмента или после его заглубления на 0,5-1 м.

Бурение скважины в твердой почве

Бурить скважину шнеком рекомендуется в зимний период — все пространство рядом свободно, и нет проблем с размещением огромного количества грязи, которая поднимается наружу.

Такой способ бурения скважины в твердой почве наиболее простой в исполнении:

Соберите треногу, как описано выше.

Определите центр скважины. Для этого закрепите к цепи бур и опустите его лебедкой острием на землю.

Вокруг метки выкопайте яму размером 1,5×1,5 и обшейте стенки деревянными досками или щитами.

Точно в центре скважины выкопайте яму глубиной в 2-3 штыка.

Опустите в нее шнековый бур для бурения скважин и закрепите ручки.

Вращая приспособление, углубитесь на всю его длину (или насколько хватит сил).

Поднимите инструмент лебедкой и очистите от грунта.

Опустите его обратно в шахту и закрепите удлинитель. Фиксировать куски лучше с помощью пальца, который продевается через отверстия в трубах. Не соединяйте отрезки резьбой, ведь шнек часто приходится вращать в обе стороны.

Повторите операции до вхождения инструмента в водоносный слой. Проворачивать его лучше вдвоем или втроем — один человек должен надавливать на приспособление сверху.

Продолжайте вращение, чтобы достигнуть нижнего глиняного пласта. Когда вращать инструмент вновь стало тяжелее, поднимите его на поверхность.

Очистите шахту с помощью желонки.

После этого нужно насыпать на дно слой гравия с размерами камешков в пределах 50 мм. Толщина слоя — 20-30 см. Гравий будет задерживать мелкие частицы грунта.

Закрепите к фильтру хомут с ручками, установите его в отверстие и опустите до упора. Сверху к фильтру прикрутите следующее колено и закрепите к нему в верхней части второй хомут с ручками. Демонтируйте ограничитель с нижнего колена и опустите конструкции до упора в верхний хомут. Повторяйте операцию до тех пор, пока фильтр и обсадные трубы не опустятся на дно. Если конструкция тяжелая, используйте треногу и лебедку для ее перемещения.

Затем рекомендовано выполнить промывку скважины, для чего установите в нее трубы и подайте воду под давлением. Жидкость вымоет грязь, которую удалите вместе с водой центробежным насосом. Процедуру повторяйте в течение 1-1,5 недель. После появления чистой воды образцы следует отнести в лабораторию для анализа.

Зазор между обсадными трубами и грунтом заполните цементным раствором, чтобы дождевая вода не загрязняла источник. Установите в скважину глубинный насос, после чего ее можно начинать эксплуатировать.

Для прохождения различных типов почв (сыпучих, вязких, каменистых) используйте другие инструменты, такие как бур-ложка, желонка, бур-стакан, бур-долото.

Бурение скважин в сыпучем или вязком грунте

В отличие от предыдущего варианта стенки шахты укрепляют обсадными трубами одновременно с вращением шнека.

Работа выполняется в следующей последовательности:

Пробурите в земле отверстие глубиной 1 м так же, как и в предыдущем разделе, и вытяните шнек из ствола.

Закрепите к фильтру (нижнему колену обсадной трубы) хомут с ручками, установите его в отверстие и осадите. При необходимости проверните его. Над поверхностью должен выступать отрезок высотой не менее 100 мм.

Установите шнек в обсадную трубу и опустите до упора. Он должен держаться на ручках инструмента.

Отсоедините цепь лебедки от бура.

Наверните на него удлинитель длиной 1-1,5 м. Закрепите цепь лебедки к новой части и выберите ее слабину. Убедитесь, что конструкция располагается вертикально. В противном случае обсадные трубы тяжело перемещаются в скважине, а шнек начнет касаться стенок ствола. При обнаружении уклона выровняйте ствол, забивая клинья между ним и грунтом.

Переставьте хомут с ручками на край подсоединенного удлинителя.

Вращая шнек, углубитесь на максимальную глубину. Для облегчения проворачивания добавляйте в скважину воду. Через каждые 20-30 см поднимайте инструмент и очищайте его от земли.

Выньте бур из скважины, отсоедините таль.

Закрепите к фильтру следующее колено и опустите обсадную трубу до упора. При необходимости используйте подъемное приспособление.

Повторите операции, пока инструмент не достигнет водоносного слоя. Выньте бур из скважины.

С помощью центробежного насоса нужно выкачать несколько ведер жидкости (вибрационные приспособления не используйте, они не предназначены для выкачки грязной густой жижи). После 5-7 ведер проверьте чистоту воды. При отсутствии желаемого результата углубите шахту буром еще на 0,5 м и вновь наполните несколько ведер. Если жидкость не очистилась после дополнительного углубления на 2 м, придется смириться с небольшим дебетом скважины. Затем выполните раскачку скважины и сформируйте донный фильтр, зафиксируйте обсадные трубы от перемещения.

Во время шнекового бурения скважин на воду воспользуйтесь нашими рекомендациями:

Маркируйте обсадные трубы, чтобы быстро определять глубину скважины.

Если ствол более 7 м, установите в него направляющую — отрезок трубы, диаметр которого больше диаметра скважины. Центрирующее приспособление тщательно выставьте в вертикальное положение и забетонируйте. Оно не позволит шахте отклоняться от вертикали.

Пластиковые трубы легко повредить шнеком, поэтому на штангу одеваются центраторы, через каждые 3-5 м. Самые дешевые пружинные, более качественные — турболизаторы, но они стоят дороже и обычно применяются в профессиональном бурении.

Как бурить скважину шнеком — смотрите на видео:

Шнековый способ бурения скважин: особенности, преимущества, поэтапное выполнение работ

Для разработки скважин в грунтах с высоким содержанием песка и гравия успешно применяется шнековое бурение. Оно выполняется специальной бурильной установкой, оснащенной головкой и шнеками для отвода грунта.

Подобная технология широко востребована благодаря своей простоте и доступности.

• Особенности бурения шнеком
• Преимущества и недостатки бурения
• Принцип работы шнековой установки
• Завершающий этап бурения

Особенности бурения шнеком

Технология бурения скважины для питьевой воды с использованием бурового шнека не предусматривает переработку почвенного слоя, отделенного от забоя. Кроме того, шнековое бурение скважин исключает необходимость промывания шахты в процессе разрушения и удаления отработанного грунта.

Буровая установка выполняет разрыхление и дробление породы, с перемещением в устье скважины при помощи шнекового транспортера. Технология разработки гидротехнических сооружений включает в себя три основных этапа:

• охлаждение рабочего оборудования для разрушения грунта;
• поднятие отработанной породы на поверхность;
• укрепление внутренних стенок шахты путем уплотнения грунта.

Подобные технологии успешно используются для обустройства неглубоких скважин в мягких грунтах. Они также получили распространение в сейсмологической разведке, разработке скважин взрывного типа, при проведении гидрогеологических изысканий и геологических съемок.

Преимущества и недостатки бурения

Бурение шнеком имеет ряд отличительных преимуществ, к которым можно отнести:

• высокую скорость прохождения мягких пород;
• быстрое извлечение отработанного грунта без поднятия винтового оборудования;
• беспрерывную транспортировку грунта на поверхность;
• отсутствие проведения дополнительной промывки шахты.

Шнековый способ разработки не лишен существенных недостатков:

• применим исключительно для скважин небольшой глубины;
• вращательные движения шнекового оборудования проводятся только под давлением.

Для продления срока службы долота дополнительно его укрепляют при помощи твердосплавных резцов. Диаметр долота должен превышать диаметр шнека на 21 мм. Это обеспечит свободное вращение установки в процессе проходки рыхлого грунта.

Принцип работы шнековой установки

Чтобы понять принцип работы оборудования, следует знать, что такое шнековая бурильная установка. Она может представлять собой:

• колонну шнеков, оснащенных долотом;
• отдельные шнеки с коронкой;
• обычные или полые колонны с долотом съемного типа.

Бурение шнеком проводится с использованием следующих инструментов:

• установки для бурения;
• шнеков;
• долота;
• металлических клиньев и скоб;
• молотка;
• лопат.

До начала работ проводится геологическая разведка для правильного выбора места под гидротехническое сооружение. Далее выполняется подготовка строительного участка.

На этом этапе вырывается котлован на расстоянии до 100 см от основного места разработки скважины. Он предназначается для сбрасывания отработанного грунта. Размеры котлована определяются глубиной бурения скважины – 1 куб. м на каждые 10 м глубины.

После завершения подготовительных работ выполняется монтаж буровой установки для бурения скважин. Шнековый бур должен быть установлен на специальные направляющие, которые обеспечат надежную фиксацию оборудования в процессе бурения. Дополнительно монтируются опорные точки для шасси, чтобы избежать подвижности установки при подвижном грунте.

Базой установки является вращательная труба, которая фиксируется при помощи надежных металлических крепежей. Труба используется для монтажа и фиксации шнеков (или шнековых колонн) – буров с наваренными спиралями из листового металла.

Шнек для бурения часто имеет полую конструкцию для удобного сбора срезанного пласта породы. В нижней части конструкции расположено 2- или 3-блочное долото, основным назначением которого является разрушение, перемалывание и подвод породы к транспортеру.

Важно! Если разработка скважин с использованием шнека производится на площадке с мягкими почвами, рабочие лопасти долота должны быть расположены под углом в 30–60 градусов относительно вертикали бурения. Для работы на твердых грунтах с большим содержанием гальки и гравия лопасти устанавливаются под прямым углом в 90 градусов.

После углубления первого бура в грунт выполняется его поднятие и установка на исходную позицию. Это позволит предотвратить возможное налипание породы на рабочем механизме. Далее необходимо укрепить конструкцию, для этого скоба забивается молотком, труба вращения приподнимается для установки и фиксации новой колонны в рабочем положении.

Чтобы правильно пробурить скважину, извлекаемую породу следует откидывать лопатой в готовый котлован. Это обеспечит свободный доступ бурильной установки по всему периметру рабочей площадки.

Качество разработки скважины шнеком зависит от следующих факторов:

• Рабочая мощность двигателя вращательной трубы должна быть больше в 1,5 раза технических возможностей долота.
• Вид долота. В процессе разработки шахты могут использоваться твердосплавные и алмазные элементы. Первый вариант доступен в ценовом отношении, второй – обеспечивает высокую скорость и качество результата.
• Диаметр шнековой колонны. Чем меньше диаметр, тем выше скорость бурения, и наоборот.
• Тип грунта. Рыхлые грунты ускоряют процесс бурения, твердые породы – замедляют. При прохождении гранитной породы нередко случаются аварийные ситуации – поломка долота или разрушение колонны, что приводит к вынужденной остановке рабочего процесса.

Завершающий этап бурения

При достижении требуемой глубины разработка скважины с использованием шнека завершается. На этом этапе проводится правильное извлечение шнека, чтобы избежать его повреждения или потери.

Работа по извлечению шнека проводится с соблюдением следующих пунктов:

• Шнековая колонна поднимается до уровня, когда верхний бурильный инструмент полностью выходит на поверхность, а последующий – возвышается на 15 % над поверхностью.
• Фиксация труб выполняется швеллером с установкой под спираль.
• Металлические скобы извлекаются, после чего демонтируется бур.
• Труба закрепляется на буре скобами.
• Все действия повторяются до полного извлечения долота.

После полного завершения бурения производится установка трубопровода. Труба монтируется к блоку подъема, опускается в шахту, а по мере продвижения к днищу скважины выполняется фиксация следующей трубы. Для соединения труб используется точечная электродуговая сварка, которая обеспечивает высокую герметичность стыков.

Шнековый способ бурения – высокотехнологичный и доступный для организации процесс разработки частных скважин для воды, который сводит к минимуму возможность обрушения конструкции при работе.

Подобное бурение проводится на любых участках вне зависимости от климатических условий. Ключевое преимущество технологии бурения – высокая скорость, доступность и безопасность проведения работ.

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.