Metody vrtání studní: technologické principy a vlastnosti hlavních metod

Konstrukce studny pro příjem vody zahrnuje použití různých metod vrtání. Volné a vodou nasycené půdy jsou odstraněny pomocí baileru. Pro vrtání hlíny a skalních útvarů se používají metody vrtání studní založené na rotačním a vibračním principu.

Práce zahrnuje mechanismy, které umožňují vývoj půd různých typů a do různých hloubek. Prozradíme vám, jak vybrat optimální technologii vrtání, která vám umožní rychle a bezchybně dokončit výkop pro zařízení na příjem vody.

Pro vizuální prezentaci námi nabízených informací je text doplněn o užitečná schémata, kolekce fotografií a videonávody.

Typy metod vrtání

Dříve se provádělo především vrtání vodonosných studní pro vlastní potřebu ručně. Byl to pracný a zdlouhavý proces, takže ne každý majitel pozemku nebo chaty se mohl pochlubit vlastním zdrojem vody.

Postupně mechanizované vrtání nahradilo manuální metody z důvodu výrazného usnadnění a zrychlení procesu.

Dnes jsou téměř všechny vodonosné vrty vrtány mechanizovanou metodou, která je založena na ničení půdy a jejím dodávání na povrch jedním ze dvou způsobů: suchým, kdy se odpadní zemina odstraňuje z vrtu pomocí mechanismů, a hydraulickou, kdy vymývá se vodou dodávanou pod tlakem nebo gravitací.

Existují tři hlavní způsoby mechanického vrtání:

• Rotační (půda se vyvíjí rotací).
• Šokovat (vrtný projektil ničí půdu nárazy).
• Vibrační (půda je vyvinuta vysokofrekvenčními vibracemi).

Rotační metoda je považována za nejproduktivnější, 3-5krát účinnější než metoda rázová a 5-10krát účinnější než metoda vibrační. Kromě toho je rotační metoda nejlevnější a nejdostupnější, často se používá jako hlavní metoda ručního vrtání.

Mechanické rotační metody vrtání vodních studní nahradily neúčinné manuální metody

Rotační metoda vrtání, široce používaná pro stavbu studní, je zase rozdělena do čtyř hlavních typů vrtání:

• jádro;
• šroub;
• šokové lano;
• rotační.

Každý typ rotačního vrtání má své vlastní charakteristiky a provádí se pomocí zařízení speciálně navrženého pro tento účel. Podívejme se na tyto typy vrtání podrobněji, určete, jaké jsou jejich rozdíly a jakou metodu je třeba použít v každém konkrétním případě.

Specifika jádrového vrtání

Jádrové vrtání je mechanická rotační metoda, při které se jílovitá nebo hustá písčitá půda získává ve formě válcového jádra. Jádrový vrták je silnostěnná kovová trubka.

V horní části jádrového vrtáku je zařízení pro uchycení tyčí nezbytných pro prodloužení vrtací kolony. Níže je koruna, jejíž typ je vybrán v závislosti na kategorii půdy, která má být vrtána.

Při jízdě jádrovou metodou se půda ničí prstencovitou korunou. Vnitřní část jádra je zachována v nepoškozené podobě. Pro usnadnění procesu vrtání v tvrdých a polotuhých hlínách, jílech a horninách se do spodního otvoru přivádí vrtná kapalina.

Během jádrového vrtání se zemina neničí, ale je „vyvrtána“ korunkou a zachycena jádrovou trubkou. Vyvrtaná hornina je vytěžena na povrch ve formě jádra - monolitického válcového sloupu horniny

Kal z čelby se někdy odstraňuje proplachem – vstřikováním velkého množství vody do výrobní šachty. Nejčastěji se proplachování nahrazuje profukováním stlačeným vzduchem dodávaným kompresorem uvnitř potrubí.Tento typ vrtání umožňuje vrtat studny o hloubce až 1000 metrů a průměru 8 až 20 cm.

Mechanické jádrové vrtání se provádí pomocí vrtných souprav typu ZIF, UGB, UKB, namontovaných na vozidlech typu KAMAZ, KrAZ, vyvážecích traktorech atd. Ve verzi pro ruční vrtání Trubka jádra se zkracuje a nazývá se zvon nebo sklenice. Trubka jádra je konstrukčně podobná poslední, obrácené domácnosti.

Jádrové vrtání se používá v následujících případech:

• geologický průzkum nerostných zdrojů;
• vrtání průzkumných vrtů;
• výstavba vodonosných vrtů libovolné hloubky, včetně bezfiltrových vrtů ve skalách.

Pro zařízení soukromé studny v některých případech se jádrová metoda používá před zahájením šnekového nebo rotačního vrtání, přičemž se současně provádí průzkumná a přípravná role.

Při výstavbě soukromých studní se jádrové vrtání používá v kombinaci s vrtáním s příklepovým lanem. Vrstvy jílu procházejí jádrovou trubkou. Sypké písky, štěrk a oblázky s pískovým plnivem, které nezůstávají v jádrové trubce, jsou ze šachty odstraněny zhelonizací.

Z hlediska účinnosti je jádrová metoda poněkud horší než šneková metoda vrtání studní pro příjem vody. Šnek vrtá rychleji, ale neumožňuje úplné uvolnění šachty od vyvrtané horniny. V párech se používají zřídka. A pokud se to stane, pak prvních pár metrů je pokryto šnekem.

Koruny nezničí půdu, ale pečlivě ji oříznou po obvodu a vytvoří „sloupce“ - jádra, jejichž studiem můžete vytvořit hydrologický úsek lokality

Použité vybavení a nástroje

Pro jádrové vrtání se používají následující nástroje:

• vrtáky z diamantu nebo jiného tvrdokovu (ocel, wolfram, pobedit);
• jádrová trubka;
• potrubí pro odstraňování kalu;
• tyče potřebné pro prodloužení vrtací kolony;
• spojky, adaptéry mezi potrubí, proplachovací ucpávka.

Při vrtání ve skalních útvarech se vrták rychle opotřebovává a musí být vyměněn. Materiál korunky je drahý a snese enormní zatížení, nejrozšířenější jsou možnosti diamantového vrtání.

Všechny nástroje používané při procesu vrtání musí být vyrovnány, tzn. být umístěn přesně vzhledem k ose vrtání.

Technologie jádrového vrtání

Hlavním rysem jádrového vrtání je průchod horniny s jejím úplným zachováním v jádrové trubce. Tito. Při provozu vrtného zařízení koruna ničí zeminu v prstenci, která se při hlubším zasouvání zatlačuje do jádrové trubky a je v ní držena vlastní hustotou.

Při vyjímání naplněné trubky z důlní šachty se poklepáním perlíkem uvolní z jádra.

Proces jádrového vrtání krok za krokem je následující:

• vrták je připojen k jádrové trubce;
• jádrová trubka je spojena s tyčemi, které se při prohlubování zvětšují;
• horní tyč je upevněna ve vrtné soupravě;
• vrtačka otáčí vrtací kolonou a postupně ji „zašroubovává“ do země;
• jádrové potrubí se postupně plní jádrem - zeminou uvázanou v jeho dutině;
• po vyvrtání 50 - 70 cm se vrtací kolona odstraní na povrch, tyče se odpojují jedna po druhé, dokud není odstraněna jádrová trubka;
• potrubí je zbaveno vrtané horniny;
• vyprázdněný projektil je opět spuštěn ke dnu a prodlužuje vrtnou kolonu tyčemi.

Akce se provádějí v popsaném pořadí, dokud vrt nepronikne do vodonosné vrstvy a nepronikne 50 cm do podložní vodotěsné horniny.

Pokud není účelem výkopu upevnění horní vodonosné vrstvy, pak mohou být horní vrstvy vrtačka s proplachem. V tomto případě čerpadlo prodává proplachovací roztok hadicí do potrubí. Roztok pak vynese vytěženou zeminu na povrch.

Pokud účelem stavby studny není vodonosná vrstva v písčitých sedimentech, lze vrtání až do dosažení skal provést s proplachem

Silné výhody a nevýhody

Ve srovnání s příklepovým a rotačním způsobem mechanického vrtání se jádrové vrtání provádí poměrně rychle, což výrazně zkracuje dobu práce. Jeho hlavní nevýhodou je neschopnost zvednout volné půdy a oblázky nasycené vodou. Pohybuje se pomalu skálou, k proražení balvanů vyžaduje dláto.

Mezi výhody jádrového vrtání patří:

• vysoká produktivita a schopnost vrtat studny s hloubkou nad 100 m;
• snížení zatížení vrtného zařízení v důsledku ničení jílovité horniny, srovnatelné s jeho vyříznutím;
• možnost použití mobilní vrtné soupravy kompaktních rozměrů.

Jádrové vrtání je jednou z nejrychlejších metod rozvoje vodních zdrojů. S jeho pomocí lze vyvrtat pískovou studnu za jeden pracovní den. Ve vývoji ruční nasávání vody zabere mnohem více času.

Vlastnosti šnekového vrtání

Tento typ vrtání se dnes nejčastěji používá při stavbě vodonosných studní v soukromých domácnostech. Zvláštností šnekového vrtání je, že těžená hornina je zcela odstraněna z místa vrtu bez použití dalšího zařízení. Metoda připomíná šroubování a umožňuje vrtat do hloubky a současně odstranit nepotřebnou půdu.

Nástroj používaný k vrtání se nazývá šnek. Jedná se o kovovou tyč s čepelemi. Šnek, který se zašroubuje do země, zničí kámen, který zůstává na jeho lopatkách. Vzhledem ke specifické konstrukci šneku je nemožné zcela uvolnit čelo ze skládky. Proto se používá především pro penetraci horních vrstev.

Vrtání šnekem je rychlá a levná metoda, která nevyžaduje organizaci nádrže na proplachovací kapalinu

Vrtání pomocí šneku nevyžaduje velké úsilí a finanční náklady, takže rozsah použití této metody je poměrně široký: geologické průzkumné vrty, pokládka komunikací, výstavba vrtaných vrtů a částečně vodní vrtání.

Nyní se aktivně používá pro stavbu habešských studní, aby nedošlo k úplnému zaražení jehlové studny do husté půdy, ale k mírnému usnadnění procesu ponoření šachty do dříve zničené skály.

Metoda je vhodná pro vytváření vodonosných studní do hloubky 30 m na měkkých a sypkých půdách a do 20 m na středně hustých půdách. Po vrtání šnekem a instalaci pažnice je nutné vrt vyčistit od nevytěžené horniny pomocí bailleru.

Šnek není absolutně vhodný pro práci ve skalnatých oblastech! Používá se pro částečné vrtání vrtů do 120 m, přičemž tento způsob je kombinován s dalšími: rotační, rázově-lanový, jádrový.

Zapojené vybavení a nástroje

Šnekové vrtání se provádí pomocí vrtné soupravy, jejímž hlavním prvkem je šroubový vrtací nástroj vyrobený z vysoce pevného kovu. Vrtací kolona se rozšiřuje pomocí šneků stejné velikosti, jak jde hlouběji.

Sada někdy obsahuje čepelové bity, které jsou nezbytné pro průchod volných hornin, a také bity s kulatou nebo kuželovitou hlavou, používané pro vývoj tvrdých hornin.

Vrtná souprava založená na vozidle vybaveném výkonným motorem je nejlepší volbou pro vrtání na těžko dostupných a odlehlých místech

Většina moderních vrtných souprav je vybavena dutými sestavami vybavenými vratnými zámky, které zabraňují pohybu nástroje v opačném směru.

Během procesu vrtání jsou řezné části šneku ochlazovány rozvinutou zeminou a rozvinutá hornina stoupá ve spirálách nahoru. To umožňuje provádět vrtání bez zastavení, což výrazně snižuje časové a energetické náklady na vytvoření vodonosné studny.

Technologie šnekového vrtání

Po dokončení penetrace, jejíž hloubka je 1,5 - 2,0 m, se šnek vyjme a kryt. Průměr vstupní studny vrtané šnekem je 50 - 200 mm a závisí na velikosti použitého nástroje.

Zřícení stěn studny je zabráněno pažnicovými trubkami. To je důležité zejména pro sypké, nesoudržné půdy, takže vrtači mají pravidlo: při vrtání písčité hlíny a hlíny používejte šneky s lopatkami umístěnými pod úhlem 30 - 60º a při vrtání hustého písku nástroje s lopatkami pod úhlem 90º.

Při menším sklonu závitů spirály šneku je větší část odpojené lopatky vynášena šnekem na povrch.

Šnekové vrtání nevyžaduje použití vrtné kapaliny, hornina vyvinutá pomocí vrtáku je unášena na povrch na čepelích nástroje

Výhody a nevýhody použití šneku

Metoda šnekového vrtání umožňuje postavit studnu co nejrychleji, pokud byla správně zvolena velikost šneku a úhel sklonu vrtáku.

Mezi výhody šnekového vrtání patří:

• půda vystoupí na povrch okamžitě během procesu vrtání;
• vysoká rychlost prohlubování do země bez technologických zastávek;
• není potřeba proplachovat vrt;
• pro vrtání uvnitř domu (ve sklepě) lze použít kompaktní šnekovou jednotku nebo ruční šnek;
• není potřeba zvedat první článek na povrch a vrtací kolonu rozebírat/montovat jako u jádrové metody.

Za hlavní nevýhodu šnekového vrtání lze považovat nemožnost pracovat na sypkých a velmi tvrdých půdách, ale zároveň je šnek ideálním nástrojem pro vrtání v hlinitých, smíšených (jíl a písčitohlinitých) a měkkých jílovitých půdách.

Další nevýhodou, která omezuje použití šneku pro stavbu vodonosných studní, je potřeba použít metodu šokového lana k čištění šachty od vysypané horniny.

Podobnost šnek - cívka Široce používané při ručním vrtání. Zničí kámen stejným způsobem a uchopí ho svými čepelemi, aby ho vytáhl nahoru.

Charakteristika rotačního vrtání

Rotační vrtání je metoda rotačně-vibračního vrtání, při kterém se destrukce půdy provádí pomocí vrtáku poháněného na dně vrtu rotorem vrtné soupravy. Rotor se otáčí z motoru automobilu nebo samostatně instalovaného elektromotoru přes hnací hřídel.

Vyvinutá zemina se vyplavuje ze šachty vrtu přímým nebo zpětným proplachem. Promývací roztok může být dodáván buď samospádem nebo čerpací stanicí.

Většina artézských vrtů se vrtá metodou rotačního vrtání: pomocí vrtáku otáčeného rotorem, následuje propláchnutí studny a připojení pažnicových trubek.

Rotační vrtání se používá k rozvoji skalnatých a poloskalnatých půd při výstavbě hlubokých vrtů do 150 m. Rotační vrtná souprava s vhodně zvoleným vrtákem a váženými vrtnými trubkami si dobře poradí se skalními útvary.

Odborníci na vrtání doporučují používat tuto metodu vrtání za následujících podmínek:

1. Hydrogeologická část lokality je poměrně dobře prostudována. Je známo, že skály budou muset být vrtány. Úroveň výskytu zvodnělé zóny ve skalním podloží je známa.
2. Podzemní voda má tlak charakteristický pro artéské studny
3. Je zde možnost nepřetržité dodávky technické vody pro splachování studny.

V jižních oblastech lze rotační vrtání provádět po celý rok, ale v severním klimatu je použití této metody omezené kvůli možnosti zamrznutí vrtné kapaliny.

Použité vybavení a nástroje

Rotační vrtání vodonosných vrtů se provádí pomocí rámové nebo příhradové věže, na které je umístěno zvedací zařízení a další prvky vrtné soupravy. Vrtací věž umožňuje zvedat a spouštět vrtné kolony do studny.

Rotační vrtná souprava obsahuje:

• rámová nebo příhradová věž;
• řídící motor;
• rotor a vrtací kolona;
• čerpací zařízení a systém čištění proplachovací kapaliny;
• zvedací zařízení, tlakové potrubí, otočný kloub, těsnění atd.

Samohybné plošiny využívají jako motor spalovací motor vozidla, na jehož základě je umístěn vrtný komplex. V tomto případě výkon motoru reguluje rychlost vrtacího nástroje.

Zdrojem energie pro rotační vrtnou soupravu může být stacionární nebo mobilní elektromotor, spalovací motor automobilu nebo generátory.

Rotor pomocí převodového zařízení přenáší rotaci na hnací trubku, která ji zase přenáší na hlavní vrtací nástroj - korunku.Dláto může mít různé tvary a je vyrobeno z vysoce pevných materiálů: kompozity, diamantem potažená ocel atd.

Pro každý typ půdy je zvolena speciální velikost a tvar bitu, čímž je zajištěna vysoká účinnost a rychlost vnikání.

Jedinečnost rotorové technologie

Rotační vrtání studní se provádí ve třech fázích:

1. Ničení horniny pomocí dláta.
2. Odstraňování zničené horniny na povrch proudem injektované vody.
3. Zpevnění stěn studny pažnicovými trubkami.

Odstranění zničené zeminy se provádí zpětným nebo přímým mytím. Volba způsobu splachování závisí na konkrétních podmínkách: hloubce studny, typu půdy, dostupnosti požadovaného objemu splachovací vody.

Soukromé farmy zpravidla používají technologii vrtání s přímým oběhem, která zahrnuje následující kroky:

• zaražení bitu o velkém průměru do země;
• rotace bitu pod vlivem rotoru;
• instalace vrtných trubek a instalace vážených trubek mezi nimi a korunkou;
• odstraňování odpadní zeminy tlakem kapaliny pomocí čerpadla;
• instalace plášťové trubky, aby se zabránilo pádu zeminy dovnitř studny;
• vrtání vrtákem o menším průměru a opakování celého cyklu.

Při zpětném proplachu je zemina ze studny odstraněna potrubím vrtné kolony a proplachovací kapalina je nalita mezi stěny studny a potrubí.

Voda teče samospádem do předem připravené nádrže, kde se čistí od zeminy a kalu a vrací se do vrtné kolony pro novou část hlušiny.

V některých případech se při provádění rotačního vrtání nepoužívá přímé nebo zpětné proplachování, ale foukání vzduchem pod tlakem vytvořeným pomocí kompresoru

Výhody a nevýhody rotačního vrtání

Hlavní výhodou rotační metody je možnost vrtání hlubinných vrtů s příjmem vody v puklinovém vápenci.

Kromě toho má tato metoda vrtání následující výhody:

• vysoká kvalita otevření vodonosné vrstvy ve skalním podloží;
• možnost výstavby studny s velkým průměrem až do 200 cm;
• vysoká rychlost vrtání, nízká spotřeba energie.

Významnou nevýhodou rotačního vrtání je potřeba organizovat proplach studny.

Jakou metodu vrtání mám zvolit?

Všechny uvažované metody mechanického vrtání jsou široce používány pro stavbu vodonosných studní.

Abychom to shrnuli, můžeme říci, že:

1. Pro penetraci do plastických jílovitých zemin je vhodné použít jádrové vrtání.Metoda jádra je vhodná pro výstavbu většiny vodních děl, v případě potřeby se používá ve spojení s metodou rázového lana.
2. Šnekové vrtání je svým rozsahem podobné jádrové metodě. Liší se od něj špatnou kvalitou čištění vrtu a vyžaduje povinné použití baileru nebo dlouhodobé proplachování studny před provozem.
3. Rotační vrtání je nejlepší volbou pro vrtání studní ve skalnatých půdách.

Náklady na vývoj vrtu pomocí konkrétní metody vrtání do značné míry závisí na tom, jaké zařízení se používá, stejně jako na kategoriích vrtatelnosti vrtaných hornin.

Správně zvolený způsob vrtání studny pomůže nejen zkrátit čas strávený vrtáním, ale také umožní bezproblémový provoz vodního zdroje v budoucnu

O tom, jak vyrobit vrtnou soupravu vlastníma rukama, si můžete přečíst v jiném populární článek naše stránky.

Závěry a užitečné video k tématu

Video #1. Ukázka principu klasického jádrového vrtání s odsáváním jádra tlakem vody:

Video #2. Vlastnosti vrtání studny šnekem:

Video #3. Jádrové vrtání studny s proplachem dna a montáží dvojitého pláště, jehož vnější část je vyrobena z ocelových trubek, vnitřní část je vyrobena z polymeru:

Vrtání studny je pracný proces. Na správnosti zvoleného způsobu vrtání závisí nejen rychlost zřízení autonomního vodního zdroje, ale také finanční náklady.

První věc, kterou byste měli věnovat pozornost při výběru metody vrtání, je typ půdy a hloubka vodonosné vrstvy. Na základě těchto parametrů si můžete vybrat nejlepší možnost, která vám umožní vyvrtat studnu rychle a levně.

Chcete se podělit o historii vrtání studny na vlastním pozemku nebo užitečné informace k tématu článku? Zanechte prosím komentáře v bloku níže. Zde můžete položit otázku nebo upozornit na kontroverzní body v textu.