Строим абиссинский колодец своими руками: как сделать скважину-иглу

У задачи подключения небольшой загородной усадьбы к центральному водоснабжению на отечественных просторах редко пока находится положительное решение. Копать колодец или бурить скважину часто не по карману, а для сооружения автономной системы нужен собственный источник воды. В подобных случаях лучше устроить абиссинский колодец: своими руками задумку воплотить несложно и затрат он потребует небольших.

Содержание статьи:

• Принципы работы абиссинского колодца
• Конструктивная специфика скважины-иглы
  • Типовая схема устройства
  • Особенности изготовления ствола
  • Усовершенствование допотопного фильтра
• Условия для сооружения абиссинской скважины
• Сам себе гидрогеолог
• Видео-советы по устройству скважины иглы

Принципы работы абиссинского колодца

Абиссинский колодец это упрощенный вариант скважины, позволяющий получать воду из залегающего сверху первого или второго водоносного горизонта. Конструкция его предельно проста. Представляет собой колонну соединенных между собой газоводопроводных стальных труб с примитивным фильтром и металлическим наконечником внизу.

Тонкий ствол выработки внешне напоминает древнейшее приспособление для шитья. Отсюда второе название: скважина игла.

Грамотно устроенный абиссинский колодец обеспечит водоснабжение приусадебного участка не хуже шахтного и не уступит ему в долговечности

Классический метод погружения абиссинского колодца в землю производится банальным забиванием – самым простым способом, активно применяемым в среде самостоятельных мастеров. Забивают до тех пор, пока нижняя труба с наконечником не вскроет водоносный слой.

Иногда колонну частично заглубляют посредством шнекового бурения, но аренда ручной или механической буровой установки существенно увеличивает бюджет работ.

Абиссинская скважина была изобретена и опробована на деле в период войны между колониальной Англией и Эфиопией в 1867-68 годах. Предложенная американским инженером Нортоном конструкция неутомимо обеспечивала английские войска водой во время их передвижений по пустыне.

Устройство для извлечения живительной жидкости из подземных слоев грунта оперативно устанавливалось, демонтировалось и вновь использовалось на следующем привале.

Такие приоритеты как мобильность, дешевизна и простота сооружения были по достоинству оценены военными, привлекали путешественников и исследователей.

Плюсы устройства скважины иглы своими руками заключаются в простоте и минимальных сроках сооружения, легком демонтаже и бюджетной стоимости

В России с замечательным изобретением познакомились спустя год по завершении английского похода. Приспособление для подъема воды с небольшой глубины было описано К. И. Маслянниковым в книге, посвященной бытовавшим в то время эффективным буровым снарядам.

Из устроенных в районе Царского Села пяти абиссинских скважин, две оказались вполне пригодными для получения свежей воды. Три не смогли достичь водоносного пласта из-за известняка, близко залегающего к дневной поверхности.

Успешные абиссинские колодцы давали в минуту по ведру. Поначалу шла мутная жижа, которая после получасовой прокачки становилась достаточно прозрачной и чистой.

Скважиной-иглой вскрываются только первые от земной поверхности водоносные горизонты, поэтому для питьевых целей полученная вода использоваться не может. Она подходит для полива, уборки территории и схожих хозяйственных нужд.

При желании и внушительном дебите выработки для очистки воды можно установить систему грубых и тонких фильтров, задерживающих механические включения и химические примеси.

Веский недостаток абиссинского колодца – незначительная глубина забора воды, связанная с применением поверхностных насосов, однако это самый удобный источник временного пользования

Конструктивная специфика скважины-иглы

Разработанная полтора века назад абиссинская буровая установка за прошедшие годы не претерпела кардинальных конструктивных изменений. На некоторое время вообще была незаслуженно забыта, хотя по темпам и простоте сооружения заметно опережает широко распространенные трубные и шахтные колодцы.

Типовая схема устройства

В конструкции абиссинского колодца выделяют две основных составляющих:

• Буровой снаряд, включающий разрезающий грунты наконечник и ствол, наращиваемый в процессе заглубления в грунт. Ствол заодно служит каналом для подъема воды с глубины. Потому собирается из отрезков трубы, а не из стального круга или прутка.
• Копер, состоящий из металлического треножника и увесистой бабы, играющей роль молота. В вершине треножника имеется два блока, с протянутыми через них веревками, к которым привязана баба.

При натягивании веревок баба поднимается к вершине установки. При ослаблении стремительно падает на жестко зафиксированный на забиваемом отрезке ствола подбабок. Последний выполняет функцию наковальни, благодаря которой ствол последовательно погружается в грунт.

Главная часть абиссинского колодца — наконечник из трубы внутренним диаметром 11/4 11/2 и 2 дюйма и состоит из соответственно продырявленной газовой трубки вроде фильтра и снабженного на конце копьевидным утолщением

Подбабок представляет  собой своеобразный хомут, состоящий из двух симметричных частей. Площадь контактирующей с бабой поверхности подбабка несколько больше, чем площадь дна падающего на него «молота».

После того, как забиваемый отрезок ствола почти полностью погрузится в землю, подбабок снимают. К заглубленному отрезку трубы прикручивают следующий, на котором в очередной раз фиксируется хомут-наковальня.

Падая, баба ударяет по нижнему хомуту и заглубляет трубу, по мере заглубления колодца подбабок и хомут с блоками передвигают вверх по трубе

Действия по заглублению бурового снаряда повторяются до тех пор, пока нижняя часть скважины иглы, сооружаемой своими руками, не достигнет водоносного пласта. Водонос нужно не просто вскрыть, но и пройти по минимуму на метр.

По правилам слой следует пересечь на 2/3 его мощности, но самостоятельному буровику реальные размеры водоноса наверняка неведомы. О них сложно судить без гидрогеологических изысканий.

Для получения воды в конкретном месте устанавливают треножник, навинчивают наконечник на газовую трубу, на которую надевают бабу, и бабой заколачивают трубу в землю

Появление воды в выработке надо периодически отслеживать. У профессиональных бурильщиков для целей измерения уровня воды в выработке есть простейшее приспособление, которое идеально определяет глубину водоносного горизонта при его залегании до 15 м. Это полый металлический цилиндр, именуемый хлопушкой. Устройство похоже на перевернутый тонкий стакан, прикрепленный через петлю к рулетке.

Рабочий орган хлопушки – полый цилиндр или конус, который при соприкосновении с поверхностью воды издает характерный хлопок: подобие прибора можно сделать своими руками

Когда край хлопушки соприкасается с поверхностью воды, раздается хлопок, повествующий о появлении искомого в скважине. Изготовить подобное контрольное устройство можно собственноручно, привязав к бечевке крупную гайку так, чтобы она могла плашмя соприкасаться с поверхностью воды.

Вместо гайки хорошо бы найти не слишком легковесный пластиковый или металлический конус, незамкнутый с одной или с двух сторон.

Есть еще одно остроумное средство, служащее контрольным прибором. Банально мониторить появление воды в абиссинском колодце можно, опуская в ствол обычную полимерную трубу. О соприкосновении с зеркалом грунтовой воды просигнализирует характерный хлопок.

Особенности изготовления ствола

В промышленном производстве абиссинских колодцев нет. Изготовление установки заказывают в мастерской или делают собственными руками.

Для облегчения погружения в грунт нижний край первой штанги оснащается копьевидным наконечником, его диаметр в широкой части на 3–5 см больше диаметра основной трубы, длина около 10 – 15 см

Для того чтобы сделать скважину иглу понадобятся:

• Толстостенные трубы ВГП, в маркировке которых указанно «усиленные». Оптимальный размер наружного диаметра трубопроката от 25 до 40 мм. Следует помнить, что чем толще ствол, тем труднее его забивать в землю, а на дебит скважины толщина трубы нисколько не повлияет.
• Стальной наконечник, выточенный на токарном станке. Длина детали 10-12 см, O на 1-2 см больше O трубы, чтобы трение грунтов о ствол не замедляло процесс забивки. Наконечник может быть коническим или пирамидальным, но не сваренным из клиновидных обрезков трубы.
• Стальная сетка плотного галунного плетения, необходимая для устройства дополнительного фильтра. Она предотвратит попадание мелких песчинок и даже глинистой взвеси.

Для изготовления ствола лучше приобрести бесшовный трубопрокат, который при забивке однозначно не даст трещин. Трубу необходимо нарезать на отрезки приблизительно по 1,2 – 1,5 м. В буровом деле они называются штангами.

Указанные размеры рекомендованы на основании наибольшего удобства в работе. Конкретная длина отрезков в обозначенном интервале зависит от предполагаемой глубины выработки. Желательно, чтобы один из них был 1 м для окончательного заглубления в водонос.

Обратный клапан в виде шарика или тарелки предотвращает отток извлекаемой насосом воды в скважину иглу после остановки электромеханического или ручного насоса

Наращивание ствола производится по мере заглубления снаряда, выполняется путем последовательного накручивания отрезков трубы ВГП. Для осуществления соединений по краям отрезков нарезают по 7 витков сантехнической резьбы и используют стальные муфты. Соединения выполняют герметично, в резьбу укладывается сантехническая пакля.

К первому отрезку будущей колонны приваривают наконечник и оснащают примитивным фильтром – это водоприемная часть. В стартовом отрезке трубы сверлят отверстия O 8 – 10 мм так, чтобы элементы указанной перфорации располагались в некоем шахматном порядке. Между условными горизонтальными рядами отверстий должно быть примерно по 5 см: ближе их делать не стоит, чтобы не ослабить трубу.

Сверлить отверстия начинают, отступив от нижнего края около 15 см с аналогичной целью сохранения прочностных показателей. В месте соединения первого звена колонны со следующей штангой устанавливается обратный клапан несложной системы. Чаще всего это шарик, пропускающий воду только по направлению к насосу.

Полностью изготовить и установить абиссинский колодец несложно своими руками, но если планируется временная эксплуатация копер разумнее взять в аренду

Усовершенствование допотопного фильтра

Описанный фильтр защитит от попадания гравия и мелкой гальки, но не избавит от более мелких включений. Потому нуждается в модернизации. Чтобы превратить перфорированный отрезок трубы в фильтр со степенью защиты повыше, его необходимо доработать, для этого:

• Поверх трубы наматывают витки нержавеющей проволоки. Они нужны для увеличения площади фильтрующего органа. Расстояние между витками 3 – 5 мм.
• Полученную заготовку плотно оборачивают куском нержавеющей сетки, которую припаивают к стенкам трубы. Используют исключительно оловянный припой, потому что применение сплава со свинцом негативно отразиться на качественных характеристиках воды.

Есть мнение, что для пущей важности модернизированный фильтр следует снаружи обмотать катанкой из нержавейки. Позволим себе усомниться в надежности подобного укрепления. Считаем, что при погружении в грунт наружные витки самодельного фильтра непременно открепятся, увеличат трение и заметно затруднят забивку.

В скважинных фильтрах используют сетку галунного плетения П52, которая позволяет отфильтровывать мелкие и пылеватые пески, тем самым защищая скважину от заиливания

Доработка фильтра – дело хорошее, способствующее не только оптимизации качества воды, но и препятствующее заиливанию скважины иглы. Правда при всей простате устройства требуется четкое соблюдение правил:

• Для сетчатого фильтра не подойдет сетка из латуни или иных цветных металлов. В союзе со сталью при прочной спайке они сформируют гальваническую пару, быстро и беспрепятственно разъедаемую коррозией.
• Диаметр перфорированной трубы вместе с дополнительным фильтром не должен быть равен максимальному диаметру наконечника или превышать его. Иначе важные фильтрующие дополнения отделятся от трубы при забивке в грунт.
• Для сооружения буровой колонны и первого звена, являющегося водоприемной частью ствола, не подойдут хрупкие чугунные трубы.

Еще не стоит экономить на муфтах, покупая кустарные изделия с некачественной нарезкой. Если при забивке соединения разойдутся, иглу придется демонтировать и скважину проходить снова.

Условия для сооружения абиссинской скважины

Для устройства абиссинского колодца недостаточно горячего желания владельца участка, подкрепленного знанием конструкции водозаборной установки. Перед стартом работ необходимо выяснить, подходят ли геологические условия для сооружения скважины иглы.

Залегающие в земле грунты различаются по физико-механическим свойствам: по плотности, структуре, параметрам твердости и т.д. У буровиков есть классификация по так называемой «буримости» пород.

Для проходки песчаника и песка, например, применяется разный вид инструмента и способ бурения. Скальный песчаник бурится колонковой трубой с твердосплавной коронкой, а водовмещающие пески поднимают ударно-канатным методом с помощью желонки.

Установка абиссинского колодца не сможет быть произведена при близком к поверхности залегании известняка (1), песчаника (2), оптимальными для работы грунтами являются глинистые отложения (3) и пески (4)

По совокупности физико-механических свойств вместе с буримостью породы условно делятся на:

• Твердые или скальные. Они способны раскалываться, дробиться, постепенно разрушаются при бурении с высокой скоростью и давлением. Твердые породы представлены в верхней части отложений известняками, песчаниками, мергелями, доломитами и т.п.
• Пластичные. Они легко или относительно легко поддаются резке ножом и буровым инструментом, в том числе наконечником абиссинской скважины. К пластичным представителям относятся глины, суглинки, супеси с высоким числом пластичности.
• Сыпучие. Они не держат форму, т.к. состоят из несоединенных друг с дружкой частиц. При насыщении водой некоторые пылеватые виды могут «плыть». К сыпучей разновидности относятся пески всех категорий по крупности, гравийно-галечниковые, дресвяно-щебнистые и подобные отложения.

В распоряжении домашних мастеров, желающих заняться устройством абиссинского колодца, нет бурового инструмента для проходки всех перечисленных типов грунтов. Самостоятельные буровики смогут пересечь лишь пластичные и сыпучие категории. Раздробить твердую породу наконечником абиссинского колодца невозможно.

Для устройства и нормальной работы абиссинской скважины идеально подходят осадочные отложения: гравий, щебень, галька с заполнителем, пески, супеси, суглинки

Не стоит пытаться разбить крупный валун: лучше немного переместиться и там снова начать выработку. Тем более что демонтаж водозаборного устройства производится в разы быстрее установки.

Кроме ограничений по буримости на возможность сооружения скважины-иглы влияет высота зеркала воды. Дело в том, что извлечение ее из тонкоствольной выработки можно поручить только поверхностному насосному оборудованию. Большинство марок поверхностных насосов готово поднять воду с глубины не более 8 м.

Для откачки воды из скважины-иглы применяется поверхностное насосное оборудование, извлекающее воду с глубины в среднем 8 – 10 м

Даже если в техпаспорте глубина всасывания указана порядка 10 м, нельзя забывать о стандартных потерях давления в стволе и о том, что насос обычно транспортирует воду еще и по горизонтальному участку.

Каждые 10 м горизонтального перемещения отнимает у глубины всасывания по 1 м. К тому же поверхностные насосы настоятельно рекомендовано располагать в закрытых помещениях, а они зачастую удалены от места забора воды.

Если кроме абиссинской скважины нет совершенно никакого выхода, а глубину появления воды в близлежащих колодцах фиксируют на 12 – 15 м от поверхности земли, то для подъема воды следует запастись эрлифтом или ручным насосом, способным качать воду с означенной глубины.

Для откачки воды с глубины более 15 – 20 м можно использовать эрлифт, который выгодно кроме транспортировки воды выполняет насыщение ее кислородом

Альтернативный вариант адаптации водозаборной иглы к неподходящему уровню грунтовой воды заключается в устройстве приямка. Перед забивкой колонны в землю выкапывается шурф глубиной около метра, шириной удобной для работы лопатой в нем. Забивка штанг начинается тогда со дна шурфа. Насос в подобных ситуациях устанавливается в приямок.

Если грунтовые воды на участке залегают ниже, чем максимальная глубина всасывания насоса, сооружают приямок и в нем располагают насосное оборудование

Сам себе гидрогеолог

Насколько бы прост не был процесс забивки скважины иглы, тщательная подготовка к работам все же необходима. Недостаточно запастись штангами и стартовым звеном с фильтром, взять в аренду или изготовить собственный копер. Нужны сведения о геологической и гидрогеологической обстановке в районе устройства абиссинского колодца. Где и как их добыть?

Информацию об уровне грунтовой воды в прямом смысле почерпнем в соседском колодце или в скважине. Измерим самостоятельно хлопушкой или расспросим владельца источника о том, с какой глубины он качает воду. Заодно узнаем, какой грунт поднимали с забоя, когда бурили или копали выработку.

Копер и ствол для скважины иглы не выпускает промышленность, установку со всеми приспособлениями можно купить в готовом виде или заказать изготовление

В равнинных местностях пласты пород залегают почти горизонтально с незначительным изгибом или небольшим наклоном. Зеркало грунтовой воды находится приблизительно на одной абсолютной отметке. Разница в глубине существующего и планируемого колодца может выразиться лишь за счет перепадов рельефа.

Не забываем, что абиссинской скважиной вскрывается верховодка или следующий за ней водоносный пласт, перекрытый глиной или суглинком, но не скальным водоупором. Т.е. уровень воды в выработке однозначно будет нестабильным – зависящим от объема атмосферных осадков.

В период снеготаяния и в дождливую пору зеркало грунтовой воды будет выше, чем в сухой погодный сезон. У хозяина существующей водозаборной точки следует выяснить, каковы максимальные и минимальные перепады уровня воды, чтобы засушливым летом абиссинская скважина не оказалась пустой.

Если стенки выработки сложены устойчивыми, неосыпающимися грунтами, скважину частично можно пройти с помощью ручной буровой установки со шнековым снарядом

Вопрос о разрабатываемых породах вовсе не праздный. К примеру, в Ленинградской области воду добывают из крупных песков со значительным количеством массивных валунов.

Нередко из-за невозможности раздробить и извлечь громадный камень буровики смещают водозаборную скважину. Аналогичным образом стоит поступить, если в регионе сооружения абиссинского колодца есть подобные грунты.

Бессмысленно производить забивку при высоком залегании массивов скальных и полускальных пород. Если на соседском участке получают подземную воду, распространенную в трещиноватых доломитах, песчаниках, известняках, то с идеей устройства скважины-иглы придется беспощадно расстаться.

Для тех, кто решил сделать абиссинский колодец с приямком, необходимы сведения о структуре и состоянии слоев грунта, залегающих на глубину шурфа. Если разрез сложен супесями, суглинками либо их чередующимися слоями, стенки приямка укреплять необязательно.

Рыхлые, неустойчивые стенки приямка следует укрепить, чтобы устье скважины иглы и насосное оборудование не засыпало несвязными грунтами

Если шурф капать в песках, стенки следует укрепить дощатыми щитами или бетоном. Песчаные борта неустойчивы, могут обрушиться и засыпать водозаборную точку вместе с насосным оборудованием.

Расспросы о верхних слоях грунта нужны еще и тем, кто планирует верхнюю часть выработки пройти шнеком. Шнековое бурение ощутимо ускорит процесс, но может не принести запланированного результата.

При обваливающихся песчаных стенках потребуется установка обсадной трубы, благодаря которой сократятся экономические приоритеты абиссинского колодца.

Видео-советы по устройству скважины иглы

Разбор плюсов и минусов абиссинского колодца на фоне обычной скважины:

Ролик о заглублении шнеком с последующей забивкой абиссинского колодца:

Про бесполезность поиска воды народным методом с помощью рамок:

Установка и эксплуатация абиссинского колодца – самый простой и дешевый метод получения воды из верхних водоносных пластов. Для сооружения водозаборной выработки не потребуется техника, все этапы работ можно запросто выполнить своими руками. Вложенные усилия и незначительные средства стремительно окупятся, прослужит абиссинский колодец не меньше, чем традиционные источники воды. Важно загореться и воплотить идею, вооружившись представленной нами информацией.