Скважина на даче своими руками: разбор технологий и инструмент для ручного буренияСкважина на дачном участке избавит от массы проблем. Обеспечит водой для полива, ухода за личным транспортом и территорией. Вряд ли собственноручно добытая вода пригодится для питьевых целей, но вполне подойдет для совершения гигиенических процедур. Правда, бурение выработки обходится не слишком дешево. Другое дело, если устроена скважина на даче своими руками. Главное, выбрать способ ее сооружения, доступный для самостоятельного выполнения. Содержание статьи:
Краткий упрощенный курс гидрогеологииПодземные воды существенно отличаются от поверхностных аналогов. Они не текут в виде бурных ручьев с реками, не собираются в озера, если им не попадется карстовая полость в земной коре. Если бы под нашими ногами повсеместно резвились ретивые потоки, города и поселения рухнули вслед за грунтом, не имеющим под собой надежного скального основания. Подземную воду извлекают из пор, трещин, каверн (пустот), имеющихся в структуре горных пород Характер залегания воды в горных породахПодземную воду вмещают поры, пустоты и трещины, образованные в горных породах в ходе различных геологических процессов. В генезис и принцип действия процессов мы не станем вдаваться в этой статье. Отметим лишь то, что от способа образования грунтов зависят их физико-механические свойства, а также гидротехническая и гидрогеологическая специфика находящейся в них воды. Подземным водам свойственно некоторое передвижение в пределах вмещающего их пласта – слоя отложений с равнозначными свойствами и структурой. На них по аналогии с поверхностными действует гравитация, обуславливающая ток к расположенным ниже слоям или вдоль уклона к нижележащим участкам. Если у подземной воды есть возможность накапливаться, но нет путей для разгрузки, то повышается давление. Вода в силу физических особенностей не может сжиматься. В рамках замкнутого пространства давление заставляет жидкость искать место для естественного выхода. Благодаря этому явлению на поверхность выходят родники и бьют гейзеры. Подземную воду откачивают из пор песков разной крупности и плотности сложения, из трещиноватого известняка, реже песчаника Грунты, поры, каверны и трещины которых вмещают воду, называются водовмещающими или водоносными. Сооружаемая для забора воды выработка должна заглубляться именно в них. В числе водоносов есть виды, способные беспрепятственно пропускать через себя воду, и виды, способные только удерживать. В геологическом разрезе водоносы обычно чередуются с водоупорами. Это глинистые грунты, структура которых схожа со всем известным пластилином, не содержат в себе воду и не пропускают ее. Вода может находиться в мелких линзах и трещинах, образованных в суглинках и твердых супесях. Однако чаще всего она просто впитывается глинистыми отложениями, тем самым меняя их консистенцию. К водоупорам относятся также скальные и полускальные разновидности в неразрушенном состоянии, т.е. без трещин. Если их тело испещрено трещинами разнообразного калибра, да еще и заполненными водой, то скальные и полускальные образования переходят в категорию водовмещающих. Чем больше объем пустот горной породы, тем большей водообильностью будет обладать водоносный слой. Правда, эту характеристику можно получить только при бурении скважины или узнать ее в организации, проводившей буровые работы неподалеку Классификация подземных водХарактер образования вмещающих воду грунтов лежит в основе классификации по физико-механическим качествам. Согласно чему пригодная для использования подземная вода упрощенно подразделяется на:
Фильтрационные качества коренных пород зависят от степени трещиноватости. В неразрушенном состоянии их частицы закреплены кристаллическими или консолидированными связами, не позволяющими воде перетекать в пределах слоя, просачиваться наружу и проникать извне. Вода в коренных грунтах образуется за счет конденсации. Копится веками, не получая внешней подпитки. Естественно, в ограниченном пространстве ей тесно, из-за чего при вскрытии подобного пласта статический уровень обычно устанавливается выше глубины залегания. Иногда подобные скважины даже фонтанируют. Грунты осадочной толщи залегают относительно горизонтальными слоями, в пределах которых физико-механические свойства и структура равны или имеют незначительные отклонения. Водоупорные грунты обычно чередуются с водонасыщенными Осадочные отложения регулярно подпитываются атмосферной водой. Проникает она путем банального просачивания – инфильтрации через лежащие выше пласты. Осадочные водоносы могут насыщаться и в горизонтальном направлении, например, получая воду посредством той же инфильтрации от близлежащего водоема. Фильтрационные свойства и природа образования горных пород тесно связана с гидравлическими качествами находящейся в них воды. По указанному признаку подземные воды делятся на следующие категории:
Если водоносный горизонт, приуроченный к осадочным породам, залегает между водоупорными слоями того же генезиса, то они могут характеризоваться незначительным напором. Яркий пример: насыщенный водой песок, сверху и снизу «охваченный» слоями суглинка. При вскрытии статический уровень некоторое время может быть чуть выше кровли самого слоя. Грунтовые воды осадочных пород редко бывают напорными, т.к. у них практически всегда есть возможность для разгрузки. Исключение — скважины, пробуренные в распадке между холмами. В таких источниках вода будет стремиться достичь общего УГВ по водонасыщенному пласту по принципу сообщающихся сосудов В народе подобную воду называют межпластовой, в среде гидрогеологов слабонапорной. На практике подобные ситуации встречаются крайне редко. Потому что у воды, приуроченной к осадочным грунтам, почти всегда есть возможность для разгрузки. Возможность эта может оказаться в 1 – 10 и более км от точки бурения, но благодаря ей давления в водоносе не бывает. Значит, и о напоре речи не может быть. Категория буримости как аргументКроме перечисленных классификационных различий, есть еще очень важный признак, с которым необходимо ознакомиться мастерам, желающим пробурить водоносную скважину на собственной даче. Это категория по буримости, значительно ограничивающая круг возможностей ручного бурения. Категорию по буримости опять же определяют физико-механические качества пород и специфика их происхождения. По этим признакам грунты делят на:
Осадочные отложения представлены сыпучими и пластичными разновидностями. С их бурением можно справиться своими силами. Нет особой нужды привлекать для работы технику и изготавливать суперсложный буровой инструмент. Таблица с классификацией горных пород по буримости шнековым инструментом. Шнек относится к снарядам с самой высокой скоростью разработки, но в большинстве случаев после проходки им приходится расчищать дно скважины желонкой (+) Таблица с категориями буримости горных пород ударно-канатным способом. Скорость бурения самая низкая, но только ударно-канатным методом можно пройти рыхлые пески, гравийно-галечниковые отложения, извлечь из скважины насыщенные водой грунты и очистить забой (+) К коренным относятся преимущественно скальные и полускальные виды пород. Для самостоятельного бурильщика это практически недоступный вариант. Без буровых установок разрабатывать чересчур сложно, а без специализированного разрушающего инструмента, долота, вообще невозможно. Глины твердые и полутвердые бурятся легче «скалы», но воду из них не качают. Для забора воды скважины устраивают с заглублением водоприемной части в песок или в известняк. Желающим собственноручно пробурить скважину по силам «песчаный» вариант (+) Отметим, что питьевую воду добывают как из осадочных отложений, так и из коренных пород. Однако разновидность, приуроченная к «осадкам», чаще бывает только технической из-за способности грунтов пропускать любые жидкости, в том числе стоки, пролитые на землю масла, нефтепродукты и др. В любом случае откаченную из личного источника воду надо нести на проверку в СЭС для получения обоснованного анализами вердикта о питьевой или технической принадлежности. Как пробурить скважину на даче вручнуюСамый простой и наименее трудоемкий метод устройства скважины на собственной даче заключается в аренде мобильной буровой установки. С ее помощью можно за пару дней пробурить и обустроить на участке единоличное сооружение для забора воды. Установка без усилий пройдет толщу осадочных грунтов и при желании мастера вскроет коренные, но дешевым этот метод не назовешь. Галерея изображенийВажно, чтобы станина бурового станка опиралась на жесткое основание Лебедки и блоки для троса нужны для автоматизации подъема снаряда Установка аксиально-поршневого гидромотора От качества сборки вышки самодельной буровой зависит качество и скорость бурения Подъем буровой вышки лебедкой Установку блочного типа можно перемещать и монтировать на новом месте Подъем и спуск инструмента производится лебедкой Установка обсадки в ствол также производится с помощью лебедки Установка подходит для бурения ударно-канатным способом Сборка установки для бурения скважины своими руками Как сделать скважину на даче своими руками Установка для бурения скважины на даче Вышка самодельной буровой установки Как на даче пробурить скважину на воду Бурение скважины на воду своими руками Как бурить скважину на даче своими руками Бурение скважины на даче Инструмент для ударно-канатного бурения В качестве более доступной по стоимости альтернативы подойдет сборно-разборное ручное буровое устройство. Оно включает шнек с рукояткой для вращательного движения при забуривании и комплект штанг для наращивания буровой колонны. «Ручником» спокойно бурят скважины по 10-25 м. Можно и глубже, если позволит здоровье и количество штанг. За неимением буровой установки или устройства в заводском исполнении прибегают к методам, которые не так давно еще использовались в профессиональном бурении. Разговор пойдет об ударно-вращательном и ударно-канатном ручном способе. Из-за неоднородности геологического разреза методы бурения чаще всего применяются в комплексе. Разница в технике разрушения и извлечения породы позволяет пройти буквально любые по сложности геологические разрезы. Комплект для ручного бурения скважин (народное название «ручник») представляет собой простейший буровой станок в заводском исполнении. Предназначен для шнекового бурения. В производственных целях используется там, где нет возможности развернуть вышку штатной буровой установки (+)Специфика ударно-вращательного буренияИз названия ясно, что разрушение и извлечение отваленной породы из ствола производится посредством ударов и вращений. Для совершения указанных буровых действий применяется разные виды снарядов, это:
Ложка – универсальный буровой снаряд, с двумя захватывающими приспособлениями. Для среза и захвата грунта по вертикали у нее слегка отгибается левая стенка своеобразного проема в цилиндре. Для нижнего захвата чаще всего устраивают резец в виде ковша на подошве бура. Вариаций на тему ложки несметное количество. Желающим ее собственноручно изготовить нужно только разобраться с принципом действия. Ложковые буры разрушают и захватывают породу в двух направлениях. По вертикали грунт срезает кромка полуцилиндра, расположенная по ходу вращения бура, нижний резец углубляет скважину по принципу завинчиванияНаподобие шнека ложку ввинчивают в породу. Нижним резцом она врезается в грунт, который после отделения от массива попадает внутрь неполного цилиндра. Боковым резцом ложка во время вращения срезает породу со стенок ствола. Вновь срезанный грунт уплотняет предыдущую порцию и проталкивает его в полость снаряда. Работу ведут, пока не заполнят полость ложки отвалом наполовину или на 2/3. Затем бур извлекается из скважины и освобождается от выбуренного отвала через имеющийся в цилиндре боковой вертикальный «проем». Опорожненный снаряд снова опускают на забой и далее бурят. Галерея изображений Ложка для бурения полутвердых и твердых глинистых грунтов, не требующих удерживания нижним захватом Нижний захват ложкового бура выполнен в виде шнекового витка, для облегчения проходки усилен дополнительным буравом Бур-ложка для ручного бурения до глубины 5 м с укороченной рабочей частью, которая приварена к стартовой штанге Инструмент для бурения скважины на даче Вариант ложкового бура с шнековым захватом Виды снарядов для бурения скважины на дачеОсь симметрии ложки смещена неспроста. Эксцентрика позволяет бурить отверстие, пригодное для одновременной установки обсадной трубы. Обсада обязательно нужна для формирования ствола выработки в осадочных отложения. Без нее сыпучие породы будут бесконечно осыпаться на дно скважины, а глинистые при намокании станут «выпучиваться» в ствол, сужая просвет и затрудняя доставку снаряда на забой. В последнее время ложку активно вытесняют разнообразные модификации шнеков. Проходку они действительно облегчают, но по меркам извлечения разрушенной породы существенно уступают ложке. Ею можно выбуривать влажные липкие пески, а шнек их полностью не поднимет. Для чистки забоя после шнека почти всегда приходится применять желонку. Получается, что работа проводится в двойном объеме. У бурения шнеком есть веский недостаток — при завинчивании бура очень просто отклониться от вертикали. Существенные отклонения приведут к полной эксплуатационной непригодности выработки. Незначительные отклонения затруднят установку обсады и впоследствии погружение насоса (+)Простейшая модель желонки изготавливается из отрезка трубы O 180-220 мм в зависимости от размера скважины. Не забываем, что для откачки воды погружным насосом внутренний O обсады должен быть на 2-3 см больше наружного O насоса. Иначе его невозможно будет опустить в водозаборное сооружение. Оптимальная длина отрезка трубы для желонки 1,0 – 1,2 м, чтобы не мучиться с подъемом, опорожнением снаряда и прочисткой его изнутри запросто рукой при необходимости. В верхней трети вырезают окошко, требующееся для извлечения пробуренного грунта. К макушке сажают ее на болты или приваривают серьгу, к которой будет крепиться трос. Башмак инструмента оснащают чаще всего одно-, реже двухстворчатым клапаном. В узких желонках клапаном служит шарик. Для того чтобы нижняя часть лучше рыхлила и рушила породу по низу затачивают острую кромку или запиливают зубья. Галерея изображений Вверху буровой инструмент должен быть оснащен приспособлением для крепления и подъема Подошва бура- желонки оборудуется клапаном для удерживания разрушенной породы Узкие желонки, применяемые в основном для прочистки скважин, оснащаются клапаном шарикового типа Устройство желонки с лепестковым одностворчатым клапаном Буровая установка с рычагом для ручного ударно-канатного бурения Буровая с двигателем и электрической лебедкой для спуска/подъема снаряда Клапан с двумя лепестками захватывает больше грунта, успевает пропустить всю порцию разрушенной породы Клапан с одним лепестком реже ломается, но хуже захватывает грунт, захлопывается, не захватив всю порцию Оптимальная длина желонки с однолепестковым клапаном 1,0 - 1,2 м, чтобы можно было прочистить бур рукой Желонка - инструмент для ударно-канатного бурения Специфика устройства желонки Конструкция желонки с шариковым клапаном Наиболее распространенный вариант желонки Буровой станок для ручного бурения скважин Буровой станок с механизированным спуском/подъемом снаряда Желонка с двухлепестковым клапаном Инструмент для ручного бурения скважин на воду Инструмент для бурения скважины своими рукамиУдерживаемую тросом желонку свободно бросают на забой. При ударе о землю раскрывается клапан, а разрушенный грунт продвигается в полость трубы. Пропустив в полость снаряда порцию грунта, клапан захлопывается, благодаря чему желонка удерживает в себе сыпучие несвязные породы. Затем снаряд приподнимают над забоем на высоту 1,5 – 1,0 м и снова кидают, пока не будет пройдено очередных 0,3 – 0,4 м. Проверенные на практике конструкции долота мы представляем, но искренне желаем не сталкиваться с необходимостью их применения. Конечно, разрушить вручную «скалу» без долота нельзя. Но стоит ли связываться? Бурение будет проходить буквально по паре см в сутки. Разумнее воспользоваться механизированным способом: арендовать мобильную установку или пригласить буровиков. Долото может понадобиться, если в осадочном разрезе встречается крупная галька и валуны. Предположить, где на них можно наткнуться в реальности невозможно, т.к. им свойственно хаотичное расположение. Если валун встретится после двух/трех метров проходки, лучше сменить место устройства скважины. Если пробурено около 15 — 20 м, то лучше помаяться, долго и настойчиво сбрасывая долото на камень. Изготавливаются долота с применением кузнечно-прессовых машин из цельной металлической заготовки путем ковки. Их нужно будет заказывать (+)Во время бурения всеми перечисленными инструментами в скважину периодически подливают воду. Она выполняет функцию буровой жидкости, временно связывает рыхлые грунты, размягчает глинистые породы и охлаждает инструмент, защищая его от преждевременного износа. Особенности ударно-канатного способаБурение вращением глубже 10 – 15 м становится слишком тяжелым, ведь кроме нагруженного снаряда, имеющего немалый вес, из выработки приходится доставать колонну бурильных штанг. К тому же каждый раз при подъеме все эти метры необходимо постоянно разбирать, а затем вновь собирать для доставки инструмента к забою. В механизированном бурении все проще – вращение, доставку и извлечение инструмента производит гидравлика. Делать подобную работу вручную нецелесообразно и слишком тяжело. Вдобавок при выполнении вращательных движений без использования механизмов, запросто можно отклониться от вертикали. И чем больше глубина, тем больше будет перекос, затрудняющий и доставку бура к забою, и монтаж обсады, и установку насоса в скважину впоследствии. При ручном бурении на такой глубине разумнее прибегнуть к ударно-канатной технологии. В принципе, она нами уже изложена в рамках описания работы желонкой. Это же стандартный снаряд для бурения по ударной методе. Для проходки по глинистым грунтам используется конический стакан с режущей кромкой понизу башмака. В отличие от желонки у стакана нет клапана и окошка для выемки грунта. Его так же кидают на дно скважины с усилием и извлекают по мере наполнения. При ударе в его полость проталкивается глинистая порода, удерживаемая только стенками и собственной способностью липнуть. Освобождают стакан от отвала путем простукивания кувалдой по ее стенкам. Липкая порода тогда отделяется от внутренней поверхности снаряда и вываливается наружу. Никаких штанг для бурения стаканом не нужно. Значит, не надо постоянно разбирать и снова собирать немалую «цепочку» буровых штанг. Правда, одну или две из них можно использовать для банального утяжеления инструмента при опускании его на значительную глубину. Стакан — предшественник колонковой буровой трубы. Конструктивно напоминает желонку, но не оборудуется клапаном на подошвеКак сделать буровую установкуДля совершения ударов по породе к буровому инструменту крепится трос или канат, на основании чего метод бурения получил название ударно-канатный. Для выполнения вращательных движений применяется колонна из буровых штанг, соединяющая бур с ручным или механическим воротом. Для увеличения проходки при бурении вращением снаряд тоже ударяет в забой, а чтоб усилить силу разрушения башмаки буров оснащают всевозможными режущими деталями. Ясно, что при бурении бур нужно регулярно опускать на забой, а после его наполнения извлекать на поверхность. Не забывайте, что при увеличении глубины доставать инструмент с разработанным грунтом будет все тяжелее с каждой проходкой. Облегчить бурение описанными методами и инструментами поможет буровая самодельная вышка. Для того чтобы во время бурения можно было легко переходить с вращательного на ударно-канатный способ, буровую установку лучше оснастить и воротком, и лебедкойКлассический вариант буровой вышки выполняют в виде треноги общей высотой примерно 4,5 – 5,0 м. В верхней части вышки устанавливается блок, через который перекидывается связанный со снарядом трос. При вращательном бурении вышка нужна для того, чтобы поднять буровую колонну, состоящую из инструмента и бурильных штанг. При бурении выработки глубиной 10 – 12 м можно обойтись без буровой установки, но мускульных усилий работа потребует больше. Так что лучше все-таки с ней. Если уж совсем неохота связываться с ее сооружением, подойдет устройство в форме двух столбов с перекладиной и перекинутым через нее рычагом. Не исключено, что на основе предложенных конструкций вы сможете разработать собственное приспособление, облегчающее работу буровика. Галерея изображений Устройство для подъема звеньев обсадки Приспособление для ударно-канатного бурения Приспособление для погружения обсадки в грунт Ручной труд в ударно-канатном бурении Установка для проходки скальных грунтов долотом Установка с рычагом для бурения и подъема бура Простейший буровой станок с отвесом для ударно-канатного метода Приспособление для ударно-канатного бурения без помощников Буровая вышка с вращающимся колесом для управления буром и буровой колонной Вариант № 1 Вариант № 2 Вариант № 3 Вариант № 4 Вариант № 5 Вариант № 6 Вариант № 7 Вариант № 8 Вариант № 9Применение обсадных трубДля обсадки скважинного ствола самый лучший вариант – стальные трубы. Подойдут полимерные собраться, но в плане прочности при заглублении в грунт они не слишком хороши. Опять же продавливать в скважину обсаду будет не гидравлика, а ручные усилия, а легкие пластиковые трубы в ручную выработку вовсе не просто заглубить. Обсадку собирают из отдельных звеньев, длиной примерно по 2 м. Можно и больше, но их будет неудобно устанавливать в ствол во время бурения. Потому, хоть и будет в обсадной колонне много соединений, но используют лучше использовать подходящий для работы размер. Первое звено устанавливается после двух/трех ходок. Затем ее постепенно продавливают, уложив сверху брусок для приложения собственной силы и веса. При бурении вращательным методом заглубление обсады проводится следом за извлечением инструмента с грунтом. Применение ударно-канатного метода в сыпучих породах заставляет заглублять обсадку с некоторым опережением снаряда, иначе бур будет бесконечно черпать слой, не продвигаясь вниз. Соединяют звенья обсадки сваркой или резьбовыми муфтами, но лучше всего изначально подобрать трубы с резьбой. По мере заглубления их проще и удобней навинчивать, чем постоянно варить и проверять на дефекты шов. Установка обсадки производится одновременно с бурением выработки. Трубы соединяются по резьбе или посредством сварки. Обсадку на время работ фиксируют хомутомШтанги для вращательного методаДля изготовления штанг идеально подходят трубы с маркировкой ВГП, внутренний диаметр которых варьирует в интервале 33 – 48 мм. Длину штанги нужно подбирать, исходя из высоты вышки. Так, чтобы при подъеме в просвете между блоком и дневной поверхностью свободно помещались 2-3 звена. Традиционная длина штанги 1,2 – 1,5 м, но бывает, что их делают и по 5,0 м. Конечно, при наборе буровой колонны из длинных элементов меньше соединений. Следовательно, меньше возможности для обрыва цепи труб в стволе. Однако извлекать из выработки длинные штанги достаточно сложно. Тем более следует помнить, что верхушка колонны при подъеме почти достигает блока с перекинутым через него тросом, а внизу обычно из скважины торчит часть обсадки. Соединяют штанги резьбовыми муфтами или металлическими «пальцами» — отрезками прутка, изготовленных строго по O отверстий в предназначенных для состыковки штангах. Стартовое звено оснащается серьгой для крепления каната. Нижняя часть каждого звена должна безупречно соединяться с последующим элементом и быть конструктивно идентичной приспособлению на верхушке ложки или шнека. Штанги применяются для наращивания буровой колонны, иногда для утяжеления бурового снаряда. Между собой их соединяют муфтами или стопорными пальцамиПодбор места для скважины на дачном участкеПеред тем как сделать скважину для забора воды на даче, надо провести самостоятельные гидрогеологические изыскания. Звучит громко, но заключаются они в элементарном опросе соседей, имеющих собственный источник воды. Выяснить во время опроса нужно:
Дачные участки, как правило, располагаются в равнинной местности, которой характерно практически горизонтальное залегание геологических элементов. Незначительные отклонения будут только за счет разницы в абсолютных отметках между существующим источником и точкой бурения. Никаких народных методов поиска признаков воды на участке лучше не использовать. Разговоры о чувствительности муравьев и учете климата вообще смешны. На климат надо было ориентироваться, когда выбирали участок. Вот определиться с кратчайшей трассой от источника к дому или к бане очень даже стоит. И обязательно участь возможность установки вышки с удобством проведения всего комплекса работ. Видео-рекомендации самостоятельным буровикамДемонстрация самодельной буровой установки:
Тестирование самодельного станка для шнекового бурения:
Принцип гидробурение на основе разработки скважины шнеком:
Представленные нами методы ручного бурения помогут в непростом, но полезном деле разработки собственного источника воды на дачном участке. |