Текст книги "Инструменты и оборудование для колодца"

Инструменты и оборудование для колодцев

Инструменты, приспособления и оборудование для устройства буровых колодцев

Для устройства буровых колодцев необходимы:

копер, то есть тренога или вышка;

балансиры;

инструменты;

трубы;

канаты;

фильтры и др.

Копер состоит из трех прямых, без сучков бревен диаметром 15…18 см в тонком конце, длиной 8…9 м. Для глубоких скважин и большого диаметра копер можно изготовить из четырех ног. Расстояние между ногами должно быть не менее 2 м, чтобы копру обеспечить устойчивость. Концы ног заглубляют в землю на глубину одного метра. Высота копра зависит от длины обсадных труб, глубины бурения и т. д. Вверху тонкие концы копра, то есть бревен, скрепляют шкворнем с головой и гайкой диаметром 35 мм. К шкворню крепят серьгу для канатного однороликового блока.

На высоте 2,5 м от уровня земли на поперечинах треноги устраивают настил из 5-см досок, на которых во время бурения могут находится работники. Для их подъема к верху треноги оборудуют перекладины, закрепив их длинными гвоздями или скобами. Между двумя ногами копра крепят ворот, который необходим для подъема и опускания труб и штанг. Для подъема труб, удерживаемых грунтом, применяют балансиры, то есть рычаги с прикрепленным к ним через люк буровым канатом. Балансир можно также использовать при ударном бурении. Поднимать из породы трубы необходимо двумя или тремя рычагами, подставляя под них козелки. На трубе для упора рычагов крепят деревянный или стальной хомут, который применяют для вращения, посадки и подъема обсадных труб и штанг. Переставляя хомут, поднимают трубу.

Стальные хомуты изготовляют из полосовой стали, деревянные из древесины твердых пород без сучков, диаметром 20…25 см, длиной 2,5…3 м. На толстых концах древесины устраивают выемки для труб. Стягивают половинки хомутов двумя или четырьмя массивными болтами. Для свинчивания и развинчивая труб применяют цепные ключи разных размеров. Если ключей нет, используют канатную петлю, которую навинчивают на трубы шестью витками. На трубах устраивают две канатные петли. Одну петлю для удерживания одной трубы, вторую – для вращения другой трубы.

Для устройства канатной петли берут конец каната или тонкого троса длиной 3 м, наматывают его двумя витками вокруг трубы, затем один конец спускают вниз вдоль труба на 500 мм. Верхний конец каната наматывают на трубу и делают 5 нисходящих витков по концу, опущенному вдоль трубы. В петлю просовывают лом. При нажиме на лом петля начинает затягиваться, туго прижимая витки к трубе, и трубу вращают в нужную сторону. Вторая петля удерживает вторую трубу колонны, которая состоит из нескольких труб.

Буровой инструмент применяют для бурения различных пород путем вращения или долбления, то есть нанесения по породе сильных ударов инструментом, насаженным на штангу. От ударов порода разрушается. Инструмент изготовляют из высококачественной стали.

Буровые ложки применяют для бурения скважин в устойчивых легких породах – чистых, влажных песках, глинистых песках, песках с мелким гравием; песчанистых глинах; суглинках. Изготовляют ложки из листовой стали или стальных труб и закаливают. Корпуса ложек бывают диаметром 70, 102, 140, 198 мм, длиной 750 мм. Предназначены ложки для обсадных труб с внутренним диаметром 78, 115, 155 и 205 мм. В основном используют ложки с лезвием и змеевиком (пустотелый стальной цилиндр с головкой, резьбой, продольной прорезью по длине цилиндра).

При работе ложки с лезвием и двумя заостренными резцами необходим нажим определенной силы, чтобы она врезалась в породу и срезала ее. Ложка со змеевиком на конце облегчает бурение, так как нажимать на нее во время работы почти не требуется, так как змеевик ввертывается в грунт и тянет за собой ложку. Спиральный бур (змеевик) применяют для бурения скважин в глинах и суглинках с содержанием некоторого количества гравия. Состоит он из головки с конусообразной резьбой и нескольких спиральных витков, оканчивающихся в нижней части лезвием. Шаг спирали равен диаметру змеевика. Изготовляют из полосовой стали нужной марки и вязкости. Закаливают змеевик на высоту спирали. При изготовлении змеевика полосу стали нагревают до белого каления, зажимают в тиски и завивают с помощью ключа. Змеевик должен быть цельнокованным. Сварка не допускается, так как по месту сварки может произойти излом. Змеевики бывают диаметром 70, 104, 140 длиной соответственно 650, 700, 820 мм.

Долота используют для ударного бурения. Они подразделяются на зубильные, пирамидальные, плоские, крестовые и др. Состоят долота из лопасти, шейки, конусной резьбы. Нижнюю кромку называют лезвием. Выковывают их из крепкого цельного куска стали и закаливают. Во время работы для округления ствола скважины долото после каждого удара поворачивают на угол 15…20 градусов. Зубило долото имеет нижнее основание размером 45, 60, 75, 85 мм, длину лезвия 258, 260, 290 мм.

Желонки бывают разных типов. Наиболее широко распространены простые и поршневые. Служат главным образом для извлечения из скважины ударным способом пробуренной породы, а также для бурения сыпучих и рыхлых пород. Корпус желонок изготовляют из обсадной или газовой трубы длиной 2…3 м. Вверху имеется резьба и вилка для крепления к канату, внизу – стальной башмак с клапаном. Нижнюю часть башмака делают острой, диаметром на 4…6 мм больше наружного диаметра корпуса желонки. Простая желонка имеет клапан в виде стального диска или шарика. Желонки бывают с наружным диаметром корпуса 89, 95, 127, 168, 219 мм, соответственно массой 25, 30, 47, 64, 96 кг. Они предназначены для работы в обсадных трубах с внутренним диаметром 104, 115, 155, 205, 225 мм. Резьба во всех инструментах нужна для крепления их штангам.

Простая желонка имеет клапан в виде стального диска или шарика. Диск крепится шарнирно с одной стороны к своему седлу с отверстием, на которое он опускается. Если клапаном служит шарик, то он перекрывается ограничителем, не позволяющим уйти ему вместе с породой. При ударе о породу желонка вжимается в не, поднимая при этом клапан, а при подъеме желонки клапан своей тяжестью и давлением на него породы закрывается: желонка заполнена. Поднятая наверх желонка с породой освобождается от нее путем опрокидывания желонки на вилку. Поршневую желонку сложнее изготовить, чем простую, но она дает хорошие результаты при работе в разжиженных и других породах. Поршень ставят внутри желонки.

Довольно большая длина буровых ложек, змеевиков и желонок необходима потому, что в процессе работы бурение чередуется с извлечением инструмента из скважины, очисткой его от породы, обратной вставкой в скважину, после чего цикл повторяется. Выемка инструмента отнимает много времени.

При коротком инструменте производительность труда значительно падает. Но сверхдлинный инструмент также непригоден, поскольку может потерять устойчивость, а заполненный породой окажется очень тяжелым и потребует больших усилий для выемки его из скважины. При бурении неглубоких скважин вместо специальных труб-штанг применяют обычные трубы, лучше газовые или стальные стержни.

Фильтры обязательно должны быть в буровых колодцах для фильтрования воды, поступающей к насосу. В такой воде нет мельчайших песчинок, которые загрязняют воду. Кроме того, песчинки, попадая в трущиеся части насоса, быстро выводят его из строя. Наибольшее распространение получили следующие конструкции фильтров:

дырчатый фильтр без сетки, представляющий собой стальную перфорированную трубу с просверленными в шахматном порядке круглыми отверстиями диаметром от 1 до 20 мм. Число отверстий должно быть таким, чтобы их общая площадь составляла примерно 20…25 % общей поверхности трубы. Устанавливают фильтр в водоприемной части скважины в неустойчивых скальных породах или крупноблочных рыхлых породах. Диаметр труб 76, 102, 152 мм при диаметре отверстий 12, 16, 18 мм. Число отверстий на 1 м трубы по ее длине – 600, 700 мм;

стальной щелевой фильтр представляет собой стальную трубу, на которой в шахматном порядке расположены узкие прямоугольные отверстия (щели), прорезанные на специальном станке или газовой сваркой. Ширина щелей 1,5…3 мм, длина от 26 до 100 мм;

фильтр с проволочной обмоткой представляет собой стальную перфорированную трубу соответствующего диаметра и длины. По ее длине приваривают через 25…30 мм опорную проволоку диаметром 3…4 мм, на которую затем вплотную один к другому навивают витки из стальной проволоки толщиной 1,5…2 мм. Для фильтра диаметром до 100 мм берут проволоку толщиной 1,5 мм, а свыше 100 мм – толщиной 2 мм. Проволочную обмотку крепят сваркой;

сетчатый фильтр применяют для улавливания песков, находящихся в воде, кроме однородных мелкозернистых и глинистых. Такие фильтры состоят из перфорированной трубы с опорной латунной проволокой диаметром 2,5…3 мм, сверху которой закрепляют сетку. Опорную проволоку навивают на трубу спиралью через 15…30 мм виток от витка и все закрепляют чеканкой. Сетку из меди, а лучше из латуни закрепляют так, чтобы она не соприкасалась с самой трубой, и сшивают такой же проволокой. Сетка имеет отверстия диаметром 0,1…0,5 мм. Сетки рекомендуется подбирать в соответствии с составом и свойствами пород;

гравийные фильтры бывают нескольких типов. Самым простым является фильтр, когда гравий засыпают в скважину после ее устройства. Сначала в скважину опускают дырчатую трубу или сетчатый фильтр, который по мере подъема обсадных труб обсыпают гравием. Зерна гравия должны быть в 15…20 крупнее диаметра водоносного песка.

Штанги представляют собой трубы особого проката с утолщенными стенками на концах. Соединяются между собой стальными муфтами. Применяют для вращательного и ударного бурения, опускания и подъема инструмента, подачи в скважину промывочного раствора. Длина обычной штанги составляет 3 м, более короткой, предназначенной для начального забуривания инструмента в породу – 1,5 м. Штанга ударная изготовляется из мягкой стали. Длина ее 2…2,5 м, масса 136…206 кг. На концах штанги имеется резьба для навинчивания необходимого инструмента.

Кроме этих инструментов для бурения используют газовые и водопроводные трубы или прутки прочной стали большого сечения и деревянный штанги – стволы молодых деревьев со стальными наконечниками на концах и соответствующей резьбой. Стальные обсадные трубы изготовляют бесшовными, с резьбой на концах. Соединяют их между собой муфтами. Служат для предотвращения обвалов стенок скважины при проходе в неустойчивых грунтах, а также для изоляции водоносных горизонтов с непригодной для употребления водой.

Кроме стальных труб применяют керамические, чугунные, деревянные, асбестовые. Но эти трубу менее прочные и их нельзя извлекать из скважины, так как они опускаются в скважину только своей тяжестью. Скважина должна быть несколько большего диаметра, чем наружный диаметр применяемых труб. Чугунные трубы долговечнее стальных, но более хрупкие. Асбестоцементные не ржавеют, не зарастают от различных солей, имеющихся в воде, устойчивы к органическим кислотам. Деревянные трубы делают из стволов сосны путем сверления специальным сверлом.

Башмаки обсадных труб надевают на нижний конец обсадной трубы и прочно завертывают. Они предназначены для расширения скважины и защиты концов стальных труб от порчи при их вращении или забивании. Наружный диаметр башмаков больше наружного диаметра обсадных труб. При посадке обсадных труб в грунт путем вращения применяют башмак с зубцами, при забивке применяют гладкий башмак с острыми краями.

Для вращения и подъема труб и штанг применяют хомуты. Они бывают стальные и деревянные. Стальные хомуты изготовляют из полосовой стали, а деревянные – из древесины твердых пород без сучков, диаметром 150…250 см, длиной 2,5…3 м. На толстых концах хомутов делают выемки для охватывания труб. Стягивают половинки хомутов четырьмя массивными болтами с ленточной резьбой.

При устройстве колодцев необходимы также вилки подкладные, крюки, серьги, ветлюги для подвешивания штанг, хомуты шарнирные, ключи и канатные петли. Ключи и канатные петли предназначены для завинчивания и развинчивания труб. Применяют цепные ключи различного диаметра. При их отсутствии применяют канатные петли, которые навивают на трубы в виде 6 витков. На каждой трубе устраивают две петли: одна удерживает первую часть колонны, другая – вторую. Колонна представляет свернутые воедино по длине в одно целое несколько труб. Таким образом первая петля удерживает одну трубу, вторая в скважине вращает другую трубу.

Для устройства петли берут конец каната или тонкого стального троса длиной 3 м, наматывают его сперва двумя витками вокруг трубы, затем одни конец спускают вниз вдоль трубы на 50 см. Верхний конец каната наматывают на трубу и делают 5 витков, нисходящих по опущенному вдоль трубы концу. В петлю на верхнем конце просовывают лом или прочный рычаг длиной до 2 м. Нажимая на лом или рычаг, петлю затягивают, что дает возможность вращать трубу в нужную сторону.

Как бурить скважину для колодца

Для бурения скважин во влажных и сухих песках применяют желонку и ложку. Водоносные и чистые сухие пески проходят только желонкой, добавляя в скважину немного глины и воды. Как только песок утрамбуется и не схватывается желонкой, устанавливают долото. От начала до конца бурение происходит в обсадных трубах и продолжается до тех пор, пока нижняя обсадная труба не войдет в нижележащие водоносные породы.

Не допускается во время бурения, чтобы буровой инструмент входил в песок ниже башмака обсадной трубы более чем на половину длины инструмента. Это дает возможность избежать обвала почвы и захватывания инструментом песка. В песках-плывунах бурение выполняют ударным способом желонкой с одновременной обсадкой труб. В этом случае применяют длинную до 3 м желонку с хорошо пригнанным клапаном.

В гравийный породах и галечниках бурение ведут долотом и желонками с клапанами. К ударной штанге крепят долото и ведут работу то долотом, то желонкой. По мере углубления в скважину устанавливают обсадные трубы. В твердых и вязких глинистых породах бурение выполняют без обсадных труб при помощи зубильного долота и желонки. Можно работать одной желонкой без клапана или змеевиком и буровой ложкой. При бурении в плотных грунтах сначала их рыхлят в забое зубильным долотом на глубину 50 см. Затем инструмент поднимают и опускают желонку с клапаном для извлечения породы. В сухую глину добавляют воду (2 ведра после каждого поднятия инструмента). Мягкую вязкую породу выбирают желонкой без клапана или снимают с нее башмак.

Змеевиком и ложкой бурят слабые и вязкие глины. После нескольких оборотов, углубив инструмент на 50…60 см, каждый раз его поднимают на 15 см, очищают, промывают, добавляют в скважину воду и вновь опускают. Если инструмент вручную поднять невозможно, вместе с колонной его поднимают вверх, используя рычаги. Для этого на штанге или трубе крепят муфту, ставят около штанги 2 козелка, кладут на них рычаги таким образом, чтобы они своими концами находились под муфтой. На длинные концы рычагов нажимают, прижимают их книзу и тем самым поднимают штангу или трубу.

Выше первой муфты крепят вторую и ставят под ее подставки, удерживая тем самым штангу или трубу, чтобы они не опускались. Затем операцию повторяют. В глинистых породах с галькой и валунами диаметр скважины должен быть 150 …200 мм. Так как обычное бурение невозможно, применяют долбление пирамидальными долотами. Раздробленные валуны извлекают из скважины желонкой. Ставят обсадные трубы. В зависимости от породы необходимо частично или полностью извлекать из скважины обсадные трубы, особенно после установки фильтра и его обнажения.

Перед началом бурения необходимо знать хотя бы ориентировочно характер грунта, так как это важно для приготовления нужного инструмента, а также на какой глубине может встреться вода. При штанговом вращательно-ударном ручном бурении скважины глубиной до 20 м и диаметром до 76 мм работать можно без треноги. Такую могут пробурить три человека. Для бурения скважины диаметром 150…200 мм с трубами длиной до 4…5 мм необходима тренога. Но так как масса треноги составляет около 300 кг, для ее установки необходим подъемный кран и несколько человек.

Чтобы пробурить неглубокую скважину, можно применить и более легкую треногу. Работать с такой треногой легче, для ее обслуживания нужно меньше людей.

Техника бурения

Прежде всего роют шурф, опускают в него инструмент, бурят, затем поднимают колонную (свинченные трубы) с инструментом лебедкой или воротом. Очередную штангу наращивают тогда, когда конец предыдущей находится выше уровня земли не более 1 м. В процессе бурения через каждые 50…60 см углубления инструмента в породу его извлекают для очистки и таким образом выполняют бурение скважины до нужной глубины. При необходимости ставят обсадные трубы. Мелкое вращательно-ударное бурение без треноги выполняют с помощью нескольких коротких штанг (труб) длиной 1,5…2 м. Когда ими будет пробурена скважина на глубину штанги, короткие вынимают и заменяют их длинной штангой.

В скважину штанга с инструментом или обсадная труба должна направляться строго вертикально. Поэтому начальная стадия бурения называется забуриванием. При забуривании два человека вращают бур (штангу с инструментом), третий направляет ее точно по вертикали, проверяя отвесом. Вместо этого можно устроить легкую треногу или прочно закопать в землю два столба с прибитой толстой жердью или доской. К треноге или жерди приставляют обсадную трубу строго вертикально, прочно ее закрепляют, вставляют бур и начинают бурение.

Можно начинать бурение иначе. Над шурфом устанавливают треногу, для определения центра тяжести скважины через блок пропускают отвес, находит точку и придвигают в этом место доски кромками для будущей щели. На доске в стыке кромок отмечают центр, обводят из него окружность, равную диаметру муфт штанги или обсадой трубы, если ее вставят в первую очередь. Доски снимают, вырезают отверстие по обведенной линии, затем их снова ставят строго на место и укрепляют.

В отверстие опускают отвес из доски или пластины, уложенные на дне шурфа. Снова находят центр доски, обводят из него окружность, снимают доски и выполняют отверстия. Оба отверстия должны быть расположены одно над другим на одной вертикали. После этого доски на дне шурфа крепят к подкладкам. При таких способах забуривание будет происходить строго вертикально как вручную, так и с треноги.

Далее в отверстие вставляют колонну с инструментом и пробуривают начальную скважину нужно глубины (не менее 1 м, но чем глубже, тем лучше, считая эту глубину от уровня пола шурфа). Если стенки скважины сложены из устойчивой плотной породы, то можно бурить без обсадки на всю длину первой обсадной трубы.

Если породы неустойчивые, в шурфе пробуривают змеевиком или ложкой начальную скважину глубиной более 1 м, но также вертикально. Опускают туда обсадную направляющую трубу с башмаком, после чего ее завертывают или забивают. На трубе на высоте 1 м от поверхности земли закрепляют хомут и начинают бурение, небольшими толчками вращая трубу по ходу часовой стрелки. Башмак обрезает стенки скважины, что способствует опусканию трубы. Если от обычных толчков обсадная труба не опускается, то сначала ее вращают против часовой стрелки. Срезаемая башмаком обсадной трубы порода заполняет скважину и приводит к прекращению осадки трубы в скважину. Поэтому периодически необходимо очищать трубу от породы желонкой.

По мере заглубления штанги с инструментом в породу хомут на ней переставляют так, чтобы он был на расстоянии 1 м от настила. Штанги наращивают по мере надобности, пользуясь короткими или нормальными по длине трубками. Скважины малых диаметров в мягких породах глубиной до 30 м выполняют ложкой или змеевиками.

Змеевик применяют в плотных породах – глинах, суглинках. Работать им быстрее, чем ложкой, но он плохо удерживает породу, которая при подъеме инструмента часто падает в скважину. Во влажных грунтах инструмент через каждые 10 см следует поднимать из забоя. По мере бурения осаживают и обсадные трубы, но так, чтобы буровой наконечник был ниже башмака обсадной трубы. За один прием им обычно пробуривают не более 40 см.

Если ложками и змеевиками бурить в сухих породах, то для повышения производительности труда перед опусканием инструмента в скважину вливают по 1 л воды при каждом опускании. Вода размягчает породу, которая прилипает к инструменту, и одновременно является смазкой, облегчающей его вращение.

Применяя ударное бурение, после каждого удара следует поворачивать инструмент на 1/8 или 1/10 его окружности, что необходимо для получения круглой скважины. Повороты делают с помощью укрепленного на штанге дополнительного хомута. Долото над забоем поднимают в зависимости от породы в среднем на 40 см. Масса инструмента должна быть из расчета 2 кг на мм лезвия плоского долота. Во время бурения наносят 8…12 ударов в минуту. Выполняют эту работу при помощи специальных конструкций для ударного бурения или применяют балансир. К концу длинного плеча балансира крепят 2…4 веревки с деревянными ручками на концах. Нагибая за эти веревки длинное плечо балансира книзу, а затем быстро опуская, производят удары буровым инструментом по забою скважины. Вращая штангу или обсадную трубу, как правило, вокруг нее не ходят, а передают рукоятки шарнирного хомута один другому.

Довольно часто обсадную трубу не завертывают, а забивают в породу деревянным молотком массой 5 кг. Для защиты концов трубы с резьбой от повреждения на них надевают специально изготовленные деревянные муфты или укрепляют отрезки стволов дерева. Эту первую обсадную трубу осаживают на глубину 4…5 м, потом ее заглубляют ударным или вращательным способом, что зависит от качества грунта.

Далее буровой инструмент работает внутри обсадных труб с чередованием операций: сначала бурят, затем извлекают порода, далее вставляют инструмент обратно в трубу, опять бурят и т. д. Опускание труб продолжается до тех пор, пока сила трения не воспрепятствует их дальнейшему опусканию и трубы не остановятся. После этого внутрь трубы свободно вводят трубу меньшего диаметра, и бурение возобновляют в той же последовательности. Практически трубы одного диаметра могут быть углублены в породу в среднем на 40 см. Для забуривания в штанге мелом делают отметку на высоте 50…70 см от настила. Практически отметку делают на длину инструмента.

Прекращают бурение, когда отметка вплотную приблизится к настилу. После этого штангу с инструментом (наконечником) извлекают из скважины вместе с захваченной породой, очищают инструмент и снова опускают в скважину. При каждом опускании штанги с наконечником для очередной проходки на штанге делают мелом отметку на длину инструмента.