Технология ударно канатного способа бурения скважин самостоятельно

Бурение скважин на воду

Ударно-канатное бурение известно с древних времен. С его помощью можно бурить глубокие скважины для нахождения водоносного пласта, не используя специальную технику. Преимущество данного метода заключается в простоте и доступности оборудования, возможности прохождения глубоких пластов грунта за короткий промежуток времени.

Преимущества метода

Ударно-канатное бурение имеет ряд преимуществ:

  • Увеличение срока эксплуатации скважины;
  • Возможность создания источника воды, обладающего достаточно большим диаметром;
  • Исключение риска загрязнения воды попаданием примесей грунта в процессе бурения;
  • Возможность контроля уровня воды на различных горизонтах грунта;
  • Высокая эффективность применения при бурении скважины зимой с экономической точки зрения. 

К недостаткам можно отнести затруднения при бурении скважин в сыпучих грунтах и замедление процесса бурения при создании скважины на большой глубине.

Применяемое оборудование

Оборудование, используемое при технологии ударно-канатного бурения, называется буровым снарядом Шитца. Он состоит из каркаса, блока с лебедкой, штанги, троса и забивного стакана. Забивной стакан изготавливается из части металлической трубы, оканчивающейся режущей кромкой, обладающей хорошей прочностью и скошенной во внутреннюю часть стакана. Чуть выше располагается наковальня, ударами по которой производится забивание стакана. Лебедка используется для спуска и поднятия стакана. 
Каркас снаряда является вышкой, имеющей вид треноги, размеры которой должны по пропорциям соответствовать величине штанги. Чтобы достать забойный стакан было легче, высота вышки должна превышать его длину на 1,5 или более метра. Ее можно сделать самостоятельно из металлических труб или бревен. Все детали применяемого при ударно-канатном бурении оборудования могут быть изготовлены дома своими руками.
Трос должен обладать достаточной прочностью. Обычно используется стальной толщиной 12 мм и более. Значительный запас мощности необходим для выдерживания нагрузок нестандартного вида, которые могут возникнуть в процессе работы. Большая нагрузка на трос возникает при подъеме вошедшего в почву стакана, также может произойти заклинивание внутри скважины стакана, содержащего довольно крупный фрагмент породы.

Изготовление лебедки

Лебедка представляет собой подъемный блок, через который проходит трос, к которому крепится стакан или желонка. При желании его можно сделать своими руками. Для изготовления можно использовать бревна, в центр которых с торцевой стороны для придания большей прочности забита металлическая труба или стальной пруток. Перед забиванием металлической детали можно просверлить отверстия на торцах бревна с меньшим диаметром, чем диаметр детали. Это позволит упростить забивание оси и сделать прочнее ее фиксацию. 
Чтобы не происходило проворачивания, на один из концов оси, выходящих из бревна, привариваются специальные ушки. На другой конец приваривается ручка, которую можно сделать из отрезка трубы, придав ей форму буквы «Г». Ворот закрепляется между стоек каркаса, на него наматывается трос при опускании или поднятии из скважины инструмента, ударах по стакану и его последующем извлечении, наполненного грунтом.

Технология процесса

При ударах штангой по наковальне происходит забивание стакана в грунт. Затем его поднимают с помощью лебедки наверх вместе с попавшим в него грунтом, высыпают почву и опускают стакан снова. Этот процесс продолжается до достижения требуемой глубины. Лучше всего использовать ударно-канатное бурение с применением забивного стакана на содержащей глину мягкой почве. При использовании стакана при прохождении сыпучих пород они высыпаются из него в скважину из-за недостаточной величины силы трения, которая могла бы связывать частицы породы между собой.
Данная технология менее трудоемка по сравнению с ударно-вращательным бурением на глубинах, превышающих 10 м. При ударно-вращательном бурении достаточно высок риск деформирования штанги и искривления ее хода, значительное количество времени тратится на соединение и отсоединение штанг. Также затруднение может вызвать разрыв соединения при бурении или попадание на пути бура камней.

Порядок работы

  1. На месте будущей скважины роется шурф со сторонами 1,5 × 1,5 м и примерно такой же глубиной. Предотвратить осыпание грунта со стен шурфа позволит обшивание их досками.
  2. Над точкой бурения устанавливается каркас вышки.
  3. Производится крепление забивного стакана (если грунт сыпучий или предстоит прохождение водоносного пласта – желонки). Забивают инструмент вглубь грунта на 0,5 – 1 м, затем выполняют его подъем для удаления попавшего внутрь грунта.


Для бурения чрезмерно плотного грунта можно использовать дополнительную штангу для утяжеления стакана, закрепив ее на трос выше забивного стакана. Штанга представляет собой стальную трубу, имеющую крепежные насадки.

Этапы работы

  1. Подъем забивного стакана с помощью лебедки с последующим резким опусканием вниз.
  2. Внедрение стакана в пласт породы и захватывание некоторого его количества.
  3. Силой трения частицы грунта удерживаются внутри стакана.
  4. Для углубления снаряда внутрь скважины поднимают и опускают ударную штангу, ударяющую по расположенной на верхней части стакана наковальне.
  5. После выполнения ряда ударов, снаряд поднимают на поверхность, высыпая вошедший в него грунт.
  6. Затем цикл работы повторяется заново.

Бурение в условиях сыпучего или твердого грунта, содержащего камни

На сыпучих грунтах вместо забивного стакана предпочтительно использовать желонку. Это отрезок стальной трубы, в нижней части которого имеется задерживающий почву клапан. Когда желонка входит в грунт, происходит открытие клапана. В момент подъема желонки вверх клапан закрывается, препятствуя высыпанию набившейся внутрь почвы.
Бурить твердую почву удобно с помощью бурового долота. Его удары позволяют расколоть камни на мелкие части, которые можно затем поднять, используя желонку. Для работы на твердом грунте устанавливаются обсадные трубы с расширителем, увеличивающим диаметр конструкции.

Использование обсадных труб

Края скважины рекомендуется обсаживать специальными трубами из стали, асбеста или пластика. Наиболее легкими, недорогими и простыми в установке являются пластиковые трубы. Обсадные трубы имеют следующее предназначение:
• Позволяют предотвратить осыпание грунта со стен скважины при механическом воздействии, которым сопровождается процесс бурения.
• Перекрывают попадание в скважину воды из расположенных выше водоносных пластов.
• Исключают загрязнение дна скважины при ее эксплуатации.
Забивание труб производится одновременно с углублением скважины. Первый участок обсадной трубы следует оборудовать расширительным башмаком, имеющим конусовидную форму. Для свободного прохождения забивного стакана внутри труб их диаметр должен превышать его ширину. Опускаясь в скважину под давлением собственного веса или под небольшим физическим воздействием, они производят срезание с боковой поверхности скважины некоторого количества грунта.

Использование расширителя

При бурении твердых пород расширитель позволяет срезать грунт, находящийся на стенках скважины. На расширителе имеются подвижные резцы, складывающиеся при продвижении его внутри обсадной трубы. После достижения нижнего отдела трубы и соприкосновения с грунтом резцы раскрываются благодаря наличию в их механизме специальных пружин. Срезание резцами расширителя породы позволяет увеличить диаметр скважины.
Прохождение промежуточного пласта, содержащего воду
Пройти промежуточный водоносный слой почвы можно, используя установку обсадных труб. Они забиваются в пласт грунта, находящийся несколько ниже водоносного. По мере прохождения производится откачивание скапливающейся воды и удаление со дна скважины смешанного с водой грунта желонкой. При использовании забивного стакана следует придать находящейся на дне жидкой смеси большую вязкость и густоту, подсыпая в скважину почву. 

Разновидности желонок

Желонкой можно не только вычерпывать находящуюся на дне жидкую смесь, но и подавать цементный раствор в скважину, производить отбор жидкости для проверки при прохождении водоносного пласта.
Желонки могут быть следующего вида:

  1. В виде трубы, имеющей снизу плоский или вогнутый клапан и ручку, к которой прикрепляется трос в верхней части.
  2. Оборудованной поршнем, производящим всасывание растворенного в воде грунта при каждом ударе штангой.
  3. Желонка пневматического вида, имеющая две камеры – воздушную и песочную. Ее заполнение производится благодаря созданию в камере высокого давления.

Желонка первого вида называется обычной или клапанной. Различают три типа клапанов: 

  1. Плоский клапан, может изготавливаться из стали, резины или быть комбинированным. Предназначен для очистки скважины от ила.
  2. Шариковый клапан. Если приварить к нему несколько металлических зубцов, с его помощью можно будет также рыхлить грунт. Он может быть изготовлен самостоятельно из пластикового мяча, применяемого в «сухом бассейне». На его поверхности делается надрез, в который закладывается свинцовая дробь в смеси с эпоксидкой. В желонке также устанавливается ограничитель для шарикового клапана.
  3. Клапан «карбюратор».

Изготовление желонки

Для изготовления желонки с шариковым клапаном можно взять трубу примерно 90 мм в диаметре, стальной переход и шарик, имеющийся в подшипнике. Для плотного прилегания шарика к переходу их притирают наждачной бумагой. После затачивания перехода шарик размещается внутри него. Утяжелить желонку можно залив в ее верхнюю часть бетон. Если вместо перехода используется шайба с расширяющимся в виде воронки верхом, к ней приваривается металлическая решетка и дуга, выполненная из отрезка толстой проволоки для крепления троса.

Наполнение желонки

В отличии от забивного стакана, который сбрасывается с довольно значительной высоты – не менее 2-х м от места бурения, желонку бросают вниз с высоты 0,3–0,5 м. Для ее наполнения этот процесс повторяется несколько раз. Это позволяет собрать таким образом находящийся на дне смешанный с водой песок или некрупный гравий. Для сбора крупного гравия применяется желонка пружинного типа.

Вертикальность бурения

Очень важно при бурении следить за строго вертикальным расположением оси скважины. Даже минимальное ее искривление может стать препятствием для опускания обсадных труб, приводя к остановке работы. Облегчить сохранение вертикальности прохождения позволит использование забивного стакана длиной 2 метра и более.