Metode vrtanja vrtin: tehnološka načela in značilnosti glavnih metod

Gradnja vrtine za zajemanje vode vključuje uporabo različnih metod vrtanja. Zrahljana in z vodo nasičena tla odstranimo s stiskalnico. Za vrtanje skozi gline in kamnine se uporabljajo metode vrtanja vrtin, ki temeljijo na rotacijskem in vibracijskem principu.

Delo vključuje mehanizme, ki omogočajo razvoj tal različnih vrst in do različnih globin. Povedali vam bomo, kako izbrati optimalno tehnologijo vrtanja, ki vam omogoča hitro in brezhibno dokončanje izkopa za napravo za zajemanje vode.

Za vizualno predstavitev informacij, ki jih ponujamo, je besedilo dopolnjeno z uporabnimi diagrami, zbirkami fotografij in video navodili.

Vrste metod vrtanja

Prej se je vrtanje vodonosnih vodnjakov izvajalo predvsem za osebno uporabo ročno. To je bil delovno intenziven in dolgotrajen proces, zato se ni vsak lastnik parcele ali koče lahko pohvalil z lastnim virom oskrbe z vodo.

Postopoma je mehanizirano vrtanje nadomestilo ročne metode zaradi znatne olajšave in pospešitve procesa.

Danes se skoraj vsi vodnjaki vodonosnika vrtijo z mehanizirano metodo, ki temelji na uničenju zemlje, ki jo dovaja na površino na enega od dveh načinov: suho, ko se odpadna tla odstranijo iz vrtine s pomočjo mehanizmov, in hidravlično, ko izpere se z vodo, dovedeno pod pritiskom ali gravitacijo.

Obstajajo tri glavne metode mehanskega vrtanja:

• Rotacijski (tla se razvijajo s kolobarjenjem).
• Šok (vrtalni izstrelek z udarci uniči zemljo).
• Vibrira (tla razvijajo visokofrekvenčne vibracije).

Rotacijska metoda velja za najbolj produktivno, 3-5-krat bolj učinkovito od udarne metode in 5-10-krat bolj učinkovito od vibracijske metode. Poleg tega je rotacijska metoda najbolj poceni in dostopna, pogosto se uporablja kot glavna metoda ročnega vrtanja.

Mehanske rotacijske metode vrtanja vodnih vrtin so nadomestile neučinkovite ročne metode

Po drugi strani je metoda rotacijskega vrtanja, ki se pogosto uporablja za gradnjo vodnih vodnjakov, razdeljena na štiri glavne vrste vrtanja:

• jedro;
• vijak;
• udarna vrv;
• rotacijski.

Vsaka vrsta rotacijskega vrtanja ima svoje značilnosti in se izvaja z opremo, posebej zasnovano za ta namen. Oglejmo si te vrste vrtanja podrobneje, ugotovimo, kakšne so njihove razlike in katero metodo je treba uporabiti v vsakem posameznem primeru.

Posebnosti jedrnega vrtanja

Jedrno vrtanje je mehanska rotacijska metoda, pri kateri se ilovnata ali gosta peščena zemljina izvleče v obliki valjastega jedra. Jedrni sveder je kovinska cev z debelimi stenami.

Na vrhu kronskega svedra je naprava za pritrditev palic, potrebnih za podaljšanje vrtalne verige. Spodaj je krona, katere vrsta je izbrana glede na kategorijo tal, ki jih je treba vrtati.

Pri vožnji po jedrni metodi se zemlja uniči z obročasto krono. Notranji del jedra je ohranjen v nepoškodovani obliki. Za olajšanje postopka vrtanja v trdih in poltrdnih ilovicah, glinah in kamninah se v spodnjo vrtino dovaja vrtalna tekočina.

Pri jedrnem vrtanju se zemlja ne uniči, temveč se s krono »izvrta« in zajame jedrna cev. Navrtana kamnina se izvleče na površje v obliki jedra - monolitnega valjastega stebra kamnine.

Blato z obraza včasih odstranimo z izpiranjem – z vbrizgavanjem večje količine vode v proizvodni jašek. Najpogosteje se izpiranje nadomesti s pihanjem s stisnjenim zrakom, ki ga dovaja kompresor znotraj cevi.Ta vrsta vrtanja omogoča vrtanje vrtin do globine 1000 metrov in premera od 8 do 20 cm.

Mehansko jedrno vrtanje se izvaja z uporabo vrtalnih strojev, kot so ZIF, UGB, UKB, nameščenih na vozila, kot so KAMAZ, KrAZ, drsniki itd. V različici za ročno vrtanje Jedrna cev je skrajšana in imenovana zvonec ali steklo. Jedrna cev je strukturno podobna zadnjemu, narobe obrnjenemu gospodinjskemu predmetu.

Jedrno vrtanje se uporablja v naslednjih primerih:

• geološko raziskovanje mineralnih surovin;
• vrtanje raziskovalnih vrtin;
• izdelava vodonosnih vodnjakov katere koli globine, vključno z vodnjaki brez filtrov v skalah.

Za napravo zasebni vodnjaki v nekaterih primerih se metoda jedra uporablja pred začetkom vrtanja s polžem ali rotacijskim vrtanjem, hkrati pa opravlja raziskovalno in pripravljalno vlogo.

Pri gradnji zasebnih vodnjakov se jedrno vrtanje uporablja v kombinaciji z udarnim vrtanjem. Plasti gline se prenašajo skozi jedrno cev. Razsuti pesek, gramoz in prodniki s peščenim polnilom, ki ne ostanejo v jedrni cevi, se odstranijo iz jaška z želonizacijo.

Kar zadeva učinkovitost, je jedrna metoda nekoliko slabša od polžne metode vrtanja vodnih vodnjakov. Polž vrta hitreje, vendar ne omogoča, da bi se gred popolnoma osvobodila izvrtane kamnine. Redko se uporabljajo v parih. In če se zgodi, potem je prvih nekaj metrov pokritih s polžem.

Krone ne uničijo zemlje, ampak jo skrbno odrežejo po obodu in tvorijo "stebre" - jedra, s preučevanjem katerih lahko ustvarite hidrološki odsek mesta.

Uporabljena oprema in orodja

Za jedrno vrtanje se uporabljajo naslednja orodja:

• svedri iz diamanta ali drugega karbidnega materiala (jeklo, volfram, zmagit);
• jedrna cev;
• cev za odstranjevanje blata;
• palice, potrebne za podaljšanje vrtalne verige;
• spojni priključki, adapterji med cevmi, splakovalna uvodnica.

Pri vrtanju v kamnite formacije se sveder hitro obrabi in ga je treba zamenjati. Material za krono je drag in lahko prenese ogromne obremenitve, najbolj razširjene so možnosti diamantnega vrtanja.

Vsa orodja, uporabljena med postopkom vrtanja, morajo biti poravnana, tj. nahajati točno glede na os vrtanja.

Tehnologija jedrnega vrtanja

Glavna značilnost jedrnega vrtanja je prehod kamnine s popolno ohranitvijo v jedrni cevi. Tisti. Pri delovanju vrtalne opreme krona uničuje zemljo v obroču, ki se, ko se poglablja, potisne v jedrno cev in se v njej zadržuje zaradi lastne gostote.

Pri jemanju napolnjene cevi iz rudniškega jaška jo osvobodimo jedra tako, da po njej udarimo z udarnim kladivom.

Postopek jedrnega vrtanja po korakih je naslednji:

• sveder je priključen na jedrno cev;
• jedrna cev je povezana s palicami, ki se povečujejo, ko se poglabljajo;
• zgornja palica je pritrjena v vrtalni napravi;
• vrtalni stroj vrti vrtalno vrvico in jo postopoma "privija" v tla;
• jedrna cev se postopoma napolni z jedrom - zemljo, ki se zagozdi v njeni votlini;
• po vrtanju 50 - 70 cm se vrtalni niz odstrani na površino, palice se odklopijo eno za drugo, dokler se jedrna cev ne odstrani;
• cev je osvobojena izvrtane kamnine;
• izpraznjeni projektil se ponovno spusti na dno, pri čemer se vrtalni niz razširi s palicami.

Ukrepi se izvajajo v opisanem vrstnem redu, dokler vrtina ne prodre v vodonosnik in ne prodre 50 cm v spodaj ležečo vodotesno kamnino.

Če pritrditev zgornjega vodonosnika ni namen izkopavanja, se zgornje plasti lahko vrtalnik s splakovanjem. V tem primeru črpalka dovaja raztopino za izpiranje skozi cev v cevi. Raztopina nato prinese izkopano zemljo na površje.

Če namen gradnje vrtine ni vodonosnik v peščenih sedimentih, se lahko vrtanje do dosega skalnih formacij izvede z izpiranjem.

Močne prednosti in slabosti

V primerjavi z udarno vrvno in rotacijsko metodo mehanskega vrtanja se jedrno vrtanje izvede precej hitro, kar znatno skrajša čas dela. Njegova glavna pomanjkljivost je nezmožnost dvigovanja rahle zemlje in kamenčkov, nasičenih z vodo. Počasi se premika skozi skalo, zato je za prebijanje v balvane potrebno dleto.

Prednosti jedrnega vrtanja vključujejo:

• visoka produktivnost in sposobnost vrtanja vrtin z globino več kot 100 m;
• zmanjšanje obremenitev vrtalne opreme zaradi uničenja glinene kamnine, primerljivo z izrezovanjem;
• možnost uporabe mobilnega vrtalnega stroja kompaktnih dimenzij.

Jedrno vrtanje je ena najhitrejših metod za razvoj zajemnih delov. Peščeno vrtino lahko z njim izvrtamo v enem delovnem dnevu. V razvoju ročni vnos vode bo trajalo veliko več časa.

Značilnosti polžastega vrtanja

Ta vrsta vrtanja se danes najpogosteje uporablja pri gradnji vodonosnih vodnjakov v zasebnih gospodinjstvih. Posebnost vrtanja s polži je, da se kamnina, ki se izkopava, v celoti odstrani iz vrtine brez uporabe dodatne opreme. Metoda je podobna vijačenju in omogoča vrtanje do globine ter hkrati odstranjevanje nepotrebne zemlje.

Orodje, ki se uporablja za vrtanje, se imenuje sveder. To je kovinska palica z rezili. Polž, ki se privije v tla, uniči skalo, ki se zadržuje na njegovih rezilih. Zaradi specifične zasnove polža je nemogoče popolnoma osvoboditi obraz iz smetišča. Zato se uporablja predvsem za penetracijo zgornjih plasti.

Vrtanje s svedrom je hitra in poceni metoda, ki ne zahteva organizacije rezervoarja za splakovalno tekočino

Vrtanje s svedrom ne zahteva veliko truda in finančnih stroškov, zato je obseg uporabe te metode precej širok: vrtine za geološke raziskave, polaganje komunikacij, gradnja vrtin in delno vrtanje vode.

Zdaj se aktivno uporablja za gradnjo abesinskih vodnjakov, da igle ne bi popolnoma zabili v gosto zemljo, ampak nekoliko olajšali postopek potopitve gredi v predhodno uničeno skalo.

Metoda je primerna za izdelavo vodonosnih vodnjakov do globine 30 m na mehkih in rahlih tleh ter do 20 m na srednje gostih tleh. Po vrtanju s svedrom in namestitvi ohišja je treba vrtino očistiti neizvlečene kamnine z vrečo.

Polž nikakor ni primeren za delo v skalnatih predelih! Uporablja se za delno vrtanje vrtin do 120 m, medtem ko se ta metoda kombinira z drugimi: rotacijsko, udarno vrvjo, jedro.

Vključena oprema in orodja

Vrtanje s polžem se izvaja s pomočjo vrtalne naprave, katere glavni element je vijačno vrtalno orodje iz kovine visoke trdnosti. Vrtalni niz se razširi s svedri enake velikosti, ko gre globlje.

V kompletu so včasih rezalni nastavki, ki so potrebni za prehajanje skozi razsute kamnine, pa tudi nastavki z okroglo ali stožčasto oblikovano glavo, ki se uporabljajo za razvijanje trdih kamnin.

Vrtalna naprava, ki temelji na vozilu, opremljenem z zmogljivim motorjem, je najboljša možnost za vrtanje na težko dostopnih in oddaljenih mestih

Večina sodobnih vrtalnih strojev je opremljena z votlimi orodji, opremljenimi z reverzibilnimi ključavnicami, ki preprečujejo premikanje orodja v nasprotni smeri.

Med postopkom vrtanja se rezalni deli svedra hladijo z razvito zemljo, razvita kamnina pa se spiralno dviga navzgor. To omogoča vrtanje brez ustavljanja, kar znatno zmanjša stroške časa in energije za ustvarjanje vodonosne vrtine.

Tehnologija polžnega vrtanja

Po končanem preboju, katerega globina je 1,5 - 2,0 m, se sveder odstrani in ohišje. Premer vodnega vodnjaka, izvrtanega s svedrom, je 50 - 200 mm in je odvisen od velikosti uporabljenega orodja.

Zrušitev sten vodnjaka preprečujejo zaščitne cevi. To je še posebej pomembno pri rahli, nekohezivni zemljini, zato imajo vrtalci pravilo: pri vrtanju peščenih ilovic in ilovic uporabljajte svedre z rezili, nameščenimi pod kotom 30 - 60º, pri vrtanju gostega peska pa orodja z rezili pod kotom. od 90º.

Pri manjšem naklonu zavojev spirale polža večji del odloženega odlagališča odnese na površje polž.

Vrtanje s polžem ne zahteva uporabe vrtalne tekočine; skala, razvita z nastavkom, se na površje odnese na rezilih orodja

Prednosti in slabosti uporabe polža

Metoda vrtanja s polžem vam omogoča, da čim hitreje zgradite vrtino, pod pogojem, da sta velikost svedra in kot naklona svedra pravilno izbrana.

Prednosti vrtanja s polžem vključujejo:

• zemlja se dvigne na površje takoj med postopkom vrtanja;
• visoka hitrost poglabljanja v tla brez tehnoloških postankov;
• ni potrebe po izpiranju vrtine;
• za vrtanje znotraj hiše (v kleti) se lahko uporablja kompaktna polžna enota ali ročni polž;
• ni treba dvigniti prve povezave na površino in razstaviti/sestaviti vrtalne verige kot pri metodi jedra.

Kot glavno pomanjkljivost vrtanja s polžem lahko štejemo nezmožnost dela na rahlih in zelo trdih tleh, hkrati pa je sveder idealno orodje za vrtanje v ilovnatih, mešanih (glina in peščena ilovica) in mehkih glinenih tleh.

Druga pomanjkljivost, ki omejuje uporabo polža za gradnjo vodonosnih vodnjakov, je potreba po uporabi metode udarne vrvi za čiščenje jaška odloženih kamnin.

Podobnost polž - tuljava Pogosto se uporablja pri ročnem vrtanju. Na enak način uniči skalo in jo zgrabi z rezili, da jo izvleče navzgor.

Značilnosti rotacijskega vrtanja

Rotacijsko vrtanje je metoda rotacijsko-vibracijskega vrtanja, pri kateri se rušenje zemljine izvaja s pomočjo svedra, ki ga na dnu vrtine poganja rotor vrtalne naprave. Rotor se vrti iz avtomobilskega motorja ali ločeno nameščenega elektromotorja preko pogonske gredi.

Razvito zemljino izpiramo iz jaška vodnjaka z direktnim ali obratnim izpiranjem. Pralno raztopino lahko dovaja gravitacija ali črpalna postaja.

Večina arteških vrtin se vrti po metodi rotacijskega vrtanja: s svedrom, ki ga vrti rotor, čemur sledi izpiranje vrtine in pritrditev cevi za ohišje.

Rotacijsko vrtanje se uporablja za razvijanje kamnitih in polkamnitih tal pri gradnji globokih vrtin do 150 m Rotacijski vrtalni stroj s pravilno izbranim svedrom in obteženimi vrtalnimi cevmi se dobro spopada s kamnitimi formacijami.

Strokovnjaki za vrtanje priporočajo uporabo te metode vrtanja pod naslednjimi pogoji:

1. Hidrogeološki del najdišča je precej dobro raziskan. Ve se, da bo treba skale vrtati. Znana je stopnja pojavljanja cone vodonosnika v kamninski podlagi.
2. Podzemna voda ima tlak, značilen za arteške vodnjake
3. Obstaja možnost nemotene dobave tehnične vode za izpiranje vodnjaka.

V južnih regijah se lahko rotacijsko vrtanje izvaja vse leto, v severnem podnebju pa je uporaba te metode omejena zaradi možnosti zmrzovanja vrtalne tekočine.

Uporabljena oprema in orodja

Rotacijsko vrtanje vodonosnih vrtin se izvaja z okvirjem ali rešetkastim stolpom, na katerem so nameščene dvižne naprave in drugi elementi vrtalne naprave. Derrick omogoča dvigovanje in spuščanje vrtalnih nizov v vrtino.

Rotacijski vrtalni stroj vključuje:

• okvir ali rešetkasti stolp;
• pogonski motor;
• rotor in vrtalni niz;
• črpalna oprema in sistem za čiščenje splakovalne tekočine;
• dvižna oprema, tlačni vod, vrtljiva naprava, tesnila itd.

Samohodne ploščadi uporabljajo motor z notranjim zgorevanjem vozila kot motor, na podlagi katerega se nahaja vrtalni kompleks. V tem primeru moč motorja uravnava hitrost vrtalnega orodja.

Vir energije za rotacijsko vrtalno napravo je lahko stacionarni ali mobilni elektromotor, avtomobilski motor z notranjim zgorevanjem ali generatorji.

Rotor z zobniško napravo prenaša vrtenje na pogonsko cev, ta pa na glavno vrtalno orodje - sveder.Dleto je lahko različnih oblik in je izdelano iz visoko trdnih materialov: kompozitov, jekla z diamantno prevleko itd.

Za vsako vrsto zemlje se izbere posebna velikost in oblika svedra, s čimer se zagotovi visoka učinkovitost in hitrost vboda.

Edinstvenost rotorske tehnologije

Rotacijsko vrtanje vodnih vrtin se izvaja v treh fazah:

1. Uničenje kamnine z dletom.
2. Odnos uničene kamnine na površje s tokom vbrizgane vode.
3. Okrepitev sten vodnjaka z zaščitnimi cevmi.

Odstranitev uničene zemlje se izvede z obratnim ali direktnim pranjem. Izbira metode izpiranja je odvisna od posebnih pogojev: globine vodnjaka, vrste tal, razpoložljivosti potrebne količine vode za izpiranje.

Zasebne kmetije praviloma uporabljajo tehnologijo vrtanja z neposrednim kroženjem, ki vključuje naslednje korake:

• zabijanje svedra velikega premera v tla;
• vrtenje bita pod vplivom rotorja;
• namestitev vrtalnih cevi in ​​namestitev obteženih cevi med njimi in svedrom;
• odstranjevanje odpadne zemlje s pritiskom tekočine s črpalko;
• namestitev ohišja cevi, ki preprečuje padanje tal v vodnjak;
• vrtanje z nekoliko manjšim premerom in ponovitev celotnega cikla.

Pri povratnem izpiranju se skozi cevi vrtalne verige odstrani zemlja iz vrtine, izpiralna tekočina pa se vlije med stene vrtine in cevi.

Voda teče gravitacijsko v vnaprej pripravljen rezervoar, kjer se očisti zemljine in mulja ter se vrne v vrtalno kolono po novo porcijo jalovine.

V nekaterih primerih se pri rotacijskem vrtanju ne uporablja direktno ali povratno splakovanje, temveč pihanje z zrakom pod pritiskom, ustvarjenim s kompresorjem

Prednosti in slabosti rotacijskega vrtanja

Glavna prednost rotacijske metode je možnost vrtanja globokih vrtin z vnosom vode v razdrobljenem apnencu.

Poleg tega ima ta metoda vrtanja naslednje prednosti:

• visoka kakovost odpiranja vodonosnika v kamninski podlagi;
• možnost izdelave vodnjaka velikega premera do 200 cm;
• visoka hitrost vrtanja, nizka poraba energije.

Pomembna pomanjkljivost rotacijskega vrtanja je potreba po organizaciji izpiranja vodnjaka.

Katero metodo vrtanja naj izberem?

Vse obravnavane metode mehanskega vrtanja se pogosto uporabljajo za gradnjo vodonosnih vodnjakov.

Če povzamemo, lahko rečemo, da:

1. Priporočljivo je, da uporabite jedrno vrtanje za penetracijo v plastično glineno zemljo.Metoda jedra je primerna za gradnjo večine vodnih naprav, po potrebi pa se uporablja skupaj z metodo udarne vrvi.
2. Vrtanje s polžem je po obsegu podobno metodi jedra. Od njega se razlikuje po slabi kakovosti čiščenja vrtine in zahteva obvezno uporabo bailerja ali dolgotrajno izpiranje vodnjaka pred obratovanjem.
3. Rotacijsko vrtanje je najboljša možnost za vrtanje vrtin v kamnitih tleh.

Stroški razvoja vrtine z določeno metodo vrtanja so v veliki meri odvisni od uporabljene opreme, pa tudi od kategorij vrtljivosti izvrtanih kamnin.

Pravilno izbrana metoda vrtanja vodnjaka bo pripomogla ne le k skrajšanju časa, porabljenega za vrtanje, temveč vam bo omogočila tudi brez težav upravljanje vodnega vira v prihodnosti

O tem, kako narediti vrtalno napravo z lastnimi rokami, lahko preberete v drugem poljuden članek naše spletno mesto.

Zaključki in uporaben video na to temo

Video #1. Prikaz principa klasičnega jedrnega vrtanja z izvlekom jedra z vodnim pritiskom:

Video #2. Značilnosti vrtanja vodnjaka s svedrom:

Video #3. Vrtanje jedra vrtine z izpiranjem dna in montažo dvojnega ohišja, katerega zunanji del je iz jeklenih cevi, notranji del iz polimera:

Vrtanje vodnjaka je delovno intenziven proces. Od pravilnosti izbrane metode vrtanja ni odvisna samo hitrost vzpostavitve avtonomnega vira vode, temveč tudi finančni stroški.

Prva stvar, na katero morate biti pozorni pri izbiri metode vrtanja, je vrsta tal in globina vodonosnika. Na podlagi teh parametrov lahko izberete najboljšo možnost, ki vam bo omogočila hitro in poceni vrtanje vodnjaka.

Ali želite deliti zgodovino vrtanja vodnjaka na svojem spletnem mestu ali koristne informacije o temi članka? Pustite komentarje v spodnjem bloku. Tukaj lahko postavite vprašanje ali opozorite na sporne točke v besedilu.