Wiercenie studni ślimakowych: cechy technologii i narzędzie do wiercenia ręcznego i za pomocą instalacji

Wiercenie studni ślimakowych do wody pitnej jest obecnie najpopularniejszą metodą wiercenia na terenie prywatnych gospodarstw domowych. Możesz samodzielnie wykonać płytką warstwę wodonośną za pomocą ręcznej wiertarki ziemnej. Aby ułatwić pracę, często stosuje się wiertnice o małych gabarytach z napędem.

Powiemy Ci, dlaczego ta metoda jest tak popularna. Przyjrzyjmy się, czym różni się od innych metod wiercenia i w jakich sytuacjach jest skuteczny. W artykule szczegółowo opisano technologię ślimaków oraz konstrukcję urządzeń wiertniczych, a także narzędzi wiertniczych stosowanych przy wierceniu ręcznym i mechanicznym.

Specyfika wiercenia ślimakowego

Odwiert to cylindryczne wyrobisko w skorupie ziemskiej, które pomimo dużej rozległości ma mały przekrój poprzeczny. Jego początek nazywa się ujściem, powierzchnia boczna nazywa się ścianami, a dno wykopu nazywa się twarzą.

Optymalną metodę wiercenia wybiera się biorąc pod uwagę cel funkcjonalny odwiertu, wymaganą średnicę i głębokość. Należy wziąć pod uwagę właściwości fizyko-mechaniczne skał, przez które należy przejść w procesie kształtowania wykopu ujęcia wody.

Wpływ ma również techniczna i ekonomiczna wykonalność wiercenia w określonych warunkach. Jest to istotny etap projektowania odwiertu, podczas którego ustalane są podstawowe rozwiązania technologiczne – rodzaj zastosowanego sprzętu i sposoby wiercenia.

Techniczną i ekonomiczną wykonalność metody wiercenia ślimakowego określa się, biorąc pod uwagę jakość odwiertu, jego trwałość, warunki budowy i koszt

Projektując, a następnie wiercąc studnie ujęcia wody, należy skupić się szczególnie na długoterminowym użytkowaniu. Ważna jest zdolność do utrzymania stałego natężenia przepływu i stałej wodoprzepuszczalności strefy dennej w długim okresie czasu.

Proces wiercenia studni obejmuje kilka etapów pracy:

1. Zniszczenie skały na przodzie, czyli oddzielenie cząstek od masywu.
2. Transport odpadów na powierzchnię.
3. Przygotowanie odwiertu do pracy poprzez oczyszczenie i wyposażenie odwiertu, a także mycie wału poboru wody.

Skuteczność wierceń zależy bezpośrednio od właściwości fizyko-mechanicznych właściwych naturze, a mianowicie: gęstości nasypowej, porowatości, wodoprzepuszczalności gruntów niespoistych oraz konsystencji ilastych skał spoistych.

Wiercenie ślimakowe zaleca się stosować do wiercenia studni o średnicy od 60 mm do 200 mm i głębokości nie większej niż 80 m w gruntach sypkich i spoistych (kategoria wiertliwości Ⅰ-Ⅲ). Do penetracji skał o średniej twardości (kategoria Ⅳ-Ⅵ) nie zaleca się stosowania wiertarki śrubowej

Metoda ta nie nadaje się do wiercenia skał charakteryzujących się solidnością i krystalicznym rodzajem połączeń między cząstkami. Im mocniej ziarna minerałów są zespolone w skale, tym więcej pracy włożono w ich zniszczenie.

Zalety i wady metody

Opcja wiercenia ślimakowego znajduje zastosowanie w przemyśle, budownictwie i budownictwie ręczne wiercenie studni. Jego charakterystyczną cechą jest usuwanie zniszczonej skały nie za pomocą płynu płuczącego lub specjalnych mieszanin gazowo-cieczowych, ale bezpośrednio za pomocą części pocisku ślimakowego.

Wyróżnia się wiercenie ślimakowe skierowane pionowo i poziomo. Pierwszą metodę stosuje się przy budowie studni wodonośnych, a także przy formowaniu otworów na pale. Drugi stosuje się przy układaniu mediów metodą bezwykopową.

Wiercenie obrotowe w skałach miękkich jest najszybszą i najtańszą metodą w porównaniu do innych metod

Metoda ta zapewnia jednocześnie dużą prędkość penetracji gruntów nieskalistych do głębokości 50-80 metrów, umożliwiając natychmiastowe formowanie ścian wykopu poprzez zainstalowanie ciągu osłonowego.

Kolejnym plusem jest wyciąganie zużytej ziemi na powierzchnię bez podnoszenia narzędzia. I jeszcze jedno: ponieważ wiercenie ślimakowe nie wymaga płynu płuczącego, z powodzeniem stosuje się je w rejonach bezwodnych, a także w okresach, gdy dominują niskie temperatury.

Obecnie stosuje się wiercenie za pomocą agregatów ślimakowych:

• Do montażu indywidualnych studni wodnych;
• Podczas budowy fundamentów z pali śrubowych/wierconych;
• Do montażu ogrodzeń i podpór żelbetowych;
• Podczas wykonywania bezwykopowej instalacji komunikacyjnej;
• Do budowy płytkich studni i dołów.

Istnieją jednak również wady. Nie da się wiercić studni świdrami w skałach o dużej twardości. Podczas wiercenia w twardych i półstałych iłach, iłach z warstwami wapienia mogą wystąpić komplikacje, a podczas wiercenia skał ściernych występuje duże zużycie sprzętu wiertniczego.

Ponadto istnieje ograniczenie głębokości wykopu.W ten sposób bardzo trudno jest wybudować studnię głęboką na ponad 80 metrów.

Technologia tunelowania pionowego

Ślimak to rura wiertnicza o dużej wytrzymałości ze zwiniętą spiralą, która służy jako pionowy przenośnik ślimakowy. Pod wpływem obciążenia osiowego część robocza wiertła wnika w skałę i niszczy ją poprzez przecinanie i spulchnianie. Jednocześnie świder podaje ziemię odpadową na spiralę świdra.

Proces oczyszczania odwiertu jest ciągły i równoległy do ​​niszczenia skały. Ziemia oddzielona od przodka opada na obracający się z dużą prędkością ślimak.

Pod wpływem sił odśrodkowych spulchniony grunt unosi się ku górze wzdłuż ostrzy przewodu wiertniczego. Podnoszenie następuje w wyniku przesuwania się po spirali, ponieważ tarcie gleby na ślimaku jest mniejsze niż na ścianach studni.

W ten sposób zniszczona skała jest dostarczana w stanie rozdrobnionym z przodka na powierzchnię i wyrzucana przez głowicę odwiertu. Przy łatwym transporcie gleba wypełnia 30-40% całkowitej objętości przestrzeni międzyzakrętowej.

Parametry kolumny świdra muszą zapewniać szybkie podniesienie całej masy gleby zniszczonej przez świder. Jednak podczas wiercenia część spulchnionej gleby opada z powrotem na dno. Dlatego podczas wiercenia ślimakowego wymagane jest intensywniejsze czyszczenie lufy, a po zakończeniu wymagane jest obowiązkowe płukanie.

Poziome kierunkowe wiercenie ślimakowe

Przy układaniu linii elektroenergetycznych o różnym przeznaczeniu funkcjonalnym pod przeszkodami (autostrady, linie kolejowe, lasy) stosuje się poziome wiercenie ślimakowe.

W początkowej fazie prac wykopuje się dwa doły – początkowy (roboczy) i odbiorczy.Muszą być na tym samym poziomie co studnia projektowana. Następnie niezbędny sprzęt jest opuszczany do dołu roboczego i instalowany.

Do wiercenia ślimakowego w kierunku poziomym stosuje się wielkogabarytowe instalacje z ruchomym rotatorem świdra o zwiększonym momencie obrotowym

Sprzęt taki ma duży skok posuwu i jest wyposażony w odporną na zużycie głowicę wiertniczą wykonaną ze stali wysokostopowej. Posiada również zainstalowaną sondę śledzącą wiercenia. Otrzymując sygnały na monitorze, operator kontroluje przebieg procesu i może regulować kierunek ruchu, a także kąt nachylenia głowicy wiertniczej.

Kiedy ślimak wchodzi do wykopu odbiorczego, czyli do punktu końcowego zgodnie z projektem, wiertło jest usuwane. Zamiast tego ekspander i rura są nieruchome. Następnie ostrza obracają się w przeciwnym kierunku, aby wciągnąć rurę do gotowej studni. Po zakończeniu wiercenia instalacja ślimakowa jest usuwana z wykopu początkowego.

Metoda bezwykopowa umożliwia układanie rur komunikacyjnych poniżej poziomu wód gruntowych na długość do 80 m. Ponadto wszystkie skomplikowane prace wykonywane są bez pracochłonnych prac wykopowych, co pozwala zminimalizować czas realizacji i obniżyć koszty finansowe.

Poziome wiercenie ślimakowe stosuje się przy układaniu rurociągów ciśnieniowych i instalowaniu systemów komunikacyjnych w obszarach, w których montaż innymi metodami jest niemożliwy. Główna zaleta montaż bezwykopowy - rentowność. Dodatkowo nie ma konieczności stosowania bentonitu czy innych polimerów dla utrzymania stabilności gotowego wykopu.

Cechy wiercenia w różnych skałach

Podstawowymi parametrami technologicznymi wiercenia studni są obciążenie osiowe i prędkość obrotowa przenośnika ślimakowego. Wraz ze wzrostem obciążenia prędkość penetracji z pewnością wzrasta, co może prowadzić do różnych sytuacji awaryjnych.

Dlatego też należy koniecznie zadbać o to, aby ilość skał oddzielanych przez ślimak w jednostce czasu nie przekraczała wydajności przenośnika. W przeciwnym razie na zwojach utworzą się wtyczki.

Prędkość wiercenia ślimakowego zależy bezpośrednio od właściwości gleby, głębokości i średnicy odwiertu, liczby obrotów kolumny, obciążenia osiowego dna oraz konstrukcji narzędzia służącego do niszczenia skały

Z reguły plastyczne skały ilaste, luźne i średniogęste piaski wierci się bez wymuszonego obciążenia osiowego. Narzędzie świdrowe jest wprowadzane w ziemię pod własnym ciężarem, a także pod wpływem siły reakcji występującej podczas podawania skały płonnej do ujścia cylindrycznego otworu.

Obciążenia osiowe do 5 kN powstają zwykle podczas wstępnego wiercenia otworu, podczas wiercenia w twardych glinach piaszczystych, iłach, iłach, mułowcach i mułowcach. Częstotliwość obrotu kolumny nie powinna przekraczać 1,7-3,3 s^-1.

Przy wyższych częstotliwościach powstają wewnętrzne wibracje, które mogą powodować poluzowanie ogniw przewodu wiertniczego. W rezultacie wiertło pozostanie na dole, prawie niemożliwe jest jego wyciągnięcie, co oznacza, że ​​​​będziesz musiał wywiercić nową obróbkę. A przy niskich częstotliwościach transport odpadów na górę staje się bardzo trudny.

Wraz ze wzrostem twardości skały zwiększają się obciążenia osiowe.Wiercenie w glebach żwirowych i gruzowych, zmarzniętych iłach, piaskach nasyconych wodą, mułowcach z wtrąceniami kwarcu odbywa się przy obciążeniu osiowym 8-10 kN na bit i prędkości obrotowej kolumny 1,3-2,2 s^-1.

Kamyczków i skał zawierających głazy nie wierci się metodą świdrową. Te zaokrąglone fragmenty skał rozbija się dłutem i wydobywa na powierzchnię za pomocą ubijaka.

Wiercenie w piaskach o różnej gęstości i stopniu nasycenia wodą, żwirem i osadami tłucznia prowadzone jest z dużymi prędkościami, przy jednoczesnym wzmocnieniu ścian wykopu konstrukcjami ościeżowymi.

Wiercenie świdrem w glinach miękkich i płynno-plastycznych jest często komplikowane przez tworzenie się korków. Kiedy cząsteczki gliny przykleją się do świdra, pogłębianie odwiertu zostaje zatrzymane, a transport skały płonnej na górę staje się bardzo trudny.

Aby tego uniknąć, należy zmniejszyć prędkość wiercenia do minimum, przejść kolumnę i dolać wody do studni. Również w takiej sytuacji pomaga okresowe podnoszenie narzędzia wiertniczego na powierzchnię i czyszczenie go z przylegającej gliny.

Narzędzie do wiercenia ślimakowego

Narzędzia do wiercenia ślimakowego studni w zależności od rodzaju konstrukcji wyróżniają się liczbą zwojów i geometrią części tnącej. Do penetracji twardych i półstałych glin i glin piaszczystych często stosuje się narzędzia wiertnicze, których krawędzie są wyposażone w dodatkowe noże.

Najczęściej do prowadzenia wykopu ujęcia wody dla właścicieli prywatnych stosuje się tylko jeden świder rozruchowy bez żadnych dodatków, ponieważ Konieczne będzie wykonanie wierceń w skałach osadowych spoistych i niespoistych. Podczas pogłębiania narzędzie jest po prostu przedłużane za pomocą żerdzi wiertniczych.

W tym przypadku pocisk jest usuwany z odwiertu co 0,5 - 0,7 m w celu oczyszczenia samego wiertła i dna zniszczonej skały. Jest to bardziej ekonomiczna, ale także bardziej pracochłonna opcja wiercenia.

Aby wywiercić głazy i kamyki, które można znaleźć w glebach osadowych, przechodzą na metodę liny uderzeniowej. Z reguły stosuje się do tego dłuto wykonane ze stali narzędziowej. Wiertło to, zaostrzone w dolnym końcu, jest na siłę „wrzucane” w twarz, aż do zniszczenia „solidnej bariery”.

Po zniszczeniu kamyka lub głazu jego fragmenty usuwa się na powierzchnię za pomocą szkła (rury rdzeniowej) lub strzał w poprzeczkę. Następnie ponownie przechodzą na metodę śrubową. Najczęściej do wydobycia kopalni konieczne jest zastosowanie kombinacji kilku metod wiercenia.

Do wiercenia luźnego piasku i miękkich glin stosuje się wiertnice ślimakowe z ostrzami skierowanymi w dół pod kątem 30-60°, a do wiercenia w skałach ilastych spoistych - 90°.

Konstrukcyjnie ślimak jest rurą lub długim, litym prętem/prętem ze zwiniętą spiralą

Spiralę tę uzyskuje się przez nawinięcie na trzpień śruby taśmy stalowej o dużej wytrzymałości o średnicy 5-7 mm. Jest on rozciągany na rurze/pręcie, a następnie spawany.

Im większa średnica rury podstawowej, tym mniejsza zdolność transportowa ślimaka. Jednak średnica długiego produktu jest ograniczona wytrzymałością mechaniczną ślimaka, a także technologią jego produkcji.

Obecnie produkowane są dwa rodzaje śrub:

• Z centralnym otworem, czyli pustym;
• Obciążony - bez dziurki.

Aby zminimalizować zużycie przenośnika ślimakowego podczas wiercenia w skałach ściernych, do zewnętrznej krawędzi przykręca się pasek stali lub do powierzchni wtapia się warstwę metalu.

Przy dużych prędkościach wiercenia ślimaka nad pociskiem mocowany jest specjalny adapter z dwukierunkowym uzwojeniem z taśmy stalowej. W tym przypadku większość skały spada na przenośnik ślimakowy bez rozdrabniania.

Na końcu rury ze zwiniętą spiralą należy przyspawać elementy łączące. Istnieją dwa rodzaje połączeń śrubowych: bezgwintowe i gwintowane. W pierwszym przypadku śruby łączone są za pomocą zamków sprzęgających i utrzymywane za pomocą metalowych kołków z zaciskami, w drugim przypadku poprzez skręcanie.

Gwintowe połączenie ślimaków w przewód wiertniczy pozwala zmechanizować ich łączenie i rozłączanie podczas wykonywania operacji wyzwalania oraz podczas podawania płynu do przodka. Ale jest też istotna wada - w tym przypadku nie ma możliwości odwrotnego obrotu śrub. Dlatego połączenia bezgwintowe stały się bardziej powszechne.

Wiertnice specjalne zwykle zawierają zestaw ślimaków o różnych średnicach.

Najskuteczniejsze są ślimaki z centralnym otworem, przez który dostarczane jest powietrze lub woda do przodka. Dzięki temu możliwe jest zmniejszenie tarcia skały o powierzchnię przenośnika ślimakowego

Świdry drążone z przyłączem gwintowym służą do wiercenia z wdmuchiwaniem, do pompowania wody podczas wbijania cylindrycznych otworów w skorupie ziemskiej, do instalowania wsadu w studniach geofizycznych, do pompowania betonu do otworów na pale. Można je również wykorzystać jako obudowę.

Podczas wiercenia z powierzchnią ciągłą kanał centralny blokuje się narzędziem wiertniczym na linie.

Przegląd wiertnic

Do wiercenia ślimakowego używają obu narzędzia ręcznei instalacje zmechanizowane. Najprostsza konstrukcja to ręczna wiertarka ziemna.Składa się z pręta/rurki ze śrubowym ostrzem i sztywno zamocowanego uchwytu w kształcie litery T.

Tego typu narzędzie wiertnicze wkręca się w ziemię niczym korkociąg. Podczas wydobywania jest on rozszerzany za pomocą prętów. Ręczne wiertnice ziemne są składane, aby zapewnić jak największą wygodę podczas transportu w pojazdach osobowych. Umożliwia to również zmianę długości przewodu wiertniczego świdra.

Za pomocą narzędzi ręcznych można wykonać otwory o głębokości do 2 metrów i średnicy nie większej niż 20 centymetrów. Istnieją również wiertarki silnikowe z napędem benzynowym lub elektrycznym. Ich konstrukcja obejmuje przenośnik ślimakowy, czyli ślimak i silnik ze skrzynią biegów. Obrót wału silnika zapewnia ruch ślimaka.

Przy użyciu narzędzia napędzanego i obecności żerdzi wiertniczych do przedłużania możliwe jest wiercenie studni o głębokości do 25 metrów. O średnicy do 30 centymetrów służy do montażu słupów oświetleniowych na ulicy, do montażu słupków ogrodzeniowych, wykopów do inspekcji fundamentów i fundamentów gruntowych.

Wiercenie studni wodnych na terenie prywatnych gospodarstw domowych i formowanie otworów o dużej średnicy pod fundament palowy odbywa się za pomocą przenośnych małych maszyn lub wiertnic na sprzęcie mobilnym

Jednostki mobilne to małe maszyny z silnikiem elektrycznym lub benzynowym. Za ich pomocą możesz szybko wiercić dobrze na letnią rezydencję przygotować dużą liczbę otworów na podpory do różnych celów funkcjonalnych.

Często takie wiertnice wykonywane są w formie przyczepy do samochodów osobowych, aby ułatwić transport na miejsce pracy.

W budownictwie cywilnym i przemysłowym do formowania wyrobisk o dużej głębokości i średnicy stosuje się specjalny sprzęt ślimakowy, mocowany na sprzęcie mobilnym - ciężarówkach, ciągnikach.

Znajduje zastosowanie przy montażu podpór pod linie wysokiego napięcia i słupy oświetlenia ulicznego, przy montażu podpór ogrodzeniowych stadionów, kompleksów sportowych, obiektów przemysłowych, lotnisk. Dodatkowo za pomocą wiertnic ślimakowych na sprzęcie mobilnym budują ogrodzenia ze ścianek szczelnych dołów oraz montują pale śrubowe.

Przydatny film na ten temat

Wiercenie ślimakowe studni o głębokości 20 m na terenie prywatnego gospodarstwa domowego:

Ten film pokazuje technologię poziomego wiercenia studni do układania komunikacji pod autostradą:

Montaż pali przy pomocy świdra ciągłego o dużej średnicy z kanałem centralnym. Do wykonania prac wykorzystuje się wiertnicę Bauer BG-30 oraz wysokowydajną stacjonarną pompę do betonu Liebherr:

Metoda ślimakowa zapewnia wysoką wydajność wiercenia studni. Zagospodarowanie odwiertu i dostarczanie gruntu odpadowego od przodka do ujścia wyrobisk odbywa się jednocześnie i w sposób ciągły, co oszczędza zarówno czas i wysiłek wiertników, jak i środki zainwestowane w projekt. Dlatego popularna jest metoda wiercenia ślimakowego.

Proszę o pozostawienie komentarzy w formularzu blokowym poniżej. Powiedz nam, czy kiedykolwiek korzystałeś ze świdra ręcznego lub wierciłeś na małej wiertnicy za pomocą świdra. Podziel się subtelnościami technologicznymi, które mogą być przydatne dla osób odwiedzających witrynę.