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 vrtání vodonosných vrstev pro osobní potřebu provádělo převážně ručně. Byl to pracný a zdlouhavý proces, takže ne každý majitel pozemku či chaty se mohl pochlubit vlastním zdrojem vody.
Postupně mechanizované vrtání nahradilo manuální metody z důvodu výrazného zjednodušení a zrychlení procesu.
Dnes jsou téměř všechny vodonosné studny vrtány mechanizovaným způsobem, který je založen na ničení zeminy, jejím vypouštěním na povrch jedním ze dvou způsobů: suchým, kdy se odpadní zemina ze studny odstraňuje pomocí mechanismů, a hydraulicky, když se vymývá vodou dodávanou pod tlakem nebo gravitací.
Existují tři hlavní způsoby mechanického vrtání:
- Rotační (půda se vyvíjí rotací).
- Šokovat (bursnaryad ničí zem údery).
- Vibrace (země vznikají vysokofrekvenčními vibracemi).
Rotační metoda je považována za nejproduktivnější, 3-5krát účinnější než metoda nárazová a 5-10krát vibračnější. Kromě toho je rotační metoda nejlevnější a cenově dostupná, 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;
- šnek;
- šokové lano;
- rotační.
Každý typ rotačního vrtání má své vlastní charakteristiky a je prováděn zařízením speciálně navrženým pro tento účel. Zvažme tyto typy vrtání podrobněji, určeme, jaké jsou jejich rozdíly a jaký způsob by měl být použit 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 jádra jádra je zařízení pro připevnění tyčí nezbytných pro stavbu vrtné kolony. Níže je koruna, jejíž typ je vybrán v závislosti na kategorii půdy, která má být vrtána.
Během jádrového vrtání se destrukce horniny provádí pomocí duté trubky se základnou vybavenou řezným nástavcem.
Střela vykonává rotační a translační pohyby: vysekává půdu korunou, jde hluboko a drží zachycenou horninu v dutině trubky
Střela s horninou, kterou zachytil, je odstraněna na povrch a uvolněna z půdy poklepáním na stěny trubky perlíkem
Jádrové vrtání se používá pro ražení jílových soudržných hornin: písčitá hlína s hlínami, jíly. Takový vrták neudrží sypké písky, vodou nasycené písky, štěrk, oblázky atd.
Při jízdě jádrovou metodou je půda zničena prstencovou korunou. V tomto případě zůstává vnitřní část jádra neporušená. Pro usnadnění procesu vrtání na pevných a polotuhých hlínách, jílech, horninách se do spodního vrtu přivádí proplachovací kapalina.
Při jádrovém vrtání se zemina neničí, ale trochu „vyvrtává“ a zachycuje jádrovou trubkou. Vyvrtaná hornina je vytěžena na povrch ve formě jádra – monolitického válcového sloupu horniny
Kal ze dna se někdy odstraňuje proplachováním – vháněním velkého množství vody do šachty. Nejčastěji se proplachování nahrazuje profukováním stlačeným vzduchem dodávaným kompresorem uvnitř potrubí. Tento typ vrtání umožňuje vrtání studní až do hloubky 1000 metrů a průměru 8 až 20 cm.
Mechanické jádrové vrtání se provádí vrtnými soupravami typu ZIF, UGB, UKB, namontovanými na vozidlech typu KAMAZ, KrAZ, vyvážecích soupravách atd. Ve verzi pro ruční vrtání je jádrová hlaveň zkrácená, nazývaná zvon nebo sklenice. U posledního, dnem vzhůru obráceného předmětu pro domácnost, je jádrové potrubí konstrukčně podobné.
Jádrové vrtání se používá v následujících případech:
- geologický průzkum nerostů;
- vrtání průzkumných vrtů;
- uspořádání vodonosných studní libovolné hloubky, včetně nefiltračních studní ve skalách.
Pro výstavbu soukromých studní na vodu se v některých případech používá jádrová metoda před zahájením šnekového nebo rotačního vrtání, které plní jak průzkumnou, tak přípravnou roli.
Při výstavbě soukromých studní se jádrové vrtání používá v kombinaci s příklepem. Vrstvy jílu procházejí jádrovou trubkou. Volné písky, štěrk a pískem naplněné oblázky, které se nezdržují v jádře jádra, se z otvoru odstraní gelováním.
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 šnek projede prvních pár metrů.
Koruny nezničí půdu, ale opatrně ji oříznou po obvodu a vytvoří „sloupce“ – jádra, jejichž studiem můžete vytvořit hydrologický řez lokality
Použité vybavení a nástroje
Pro jádrové vrtání se používají následující nástroje:
- vrtáky z diamantu nebo jiného tvrdého legovaného materiálu (ocel, wolfram, zvítězí);
- sloupová trubka;
- potrubí pro odstraňování kalu;
- tyče potřebné pro stavbu vrtné kolony;
- spojky, adaptéry mezi potrubí, proplachovací ucpávka.
Při vrtání ve skalních útvarech se vrták rychle opotřebovává a musí být vyměněn. Materiál bitů je drahý a vydrží enormní zatížení, nejrozšířenější jsou možnosti diamantového vrtání.
Všechny nástroje používané při procesu vrtání musí být vyrovnány, tzn. umístěna přesně vzhledem k ose vrtání.
Technologie jádrového vrtání
Hlavním rysem jádrového vrtání je průchod horniny s jejím úplným zachováním v jádrovém sudu. Tito. při provozu vrtného zařízení koruna ničí půdu podél prstence, která se při prohlubování vtlačuje do jádrového sudu a drží v něm díky své vlastní hustotě.
Při vytahování naplněné trubky z důlní šachty se uvolňuje z jádra poklepem perlíkem.
Proces jádrového vrtání krok za krokem je následující:
- vrták je připojen k válcovému jádru;
- 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;
- jádrová trubka se postupně plní jádrem – zeminou zaklíněnou v její dutině;
- po vyvrtání 50 – 70 cm se vrtací kolona odstraní na povrch, tyče se odpojují jedna po druhé, dokud není odstraněna jádrová trubka;
- trubka je zbavena vrtných odřezků;
- prázdná střela je opět spuštěna ke spodnímu otvoru, čímž se vrtná kolona zvětší pomocí tyčí.
Akce se provádějí v popsaném pořadí, dokud vrt nepronikne do vodonosné vrstvy a nepronikne 50 cm do podložní vodotěsné horniny.
Pokud není cílem vrtání upevnění horní vodonosné vrstvy, lze horní vrstvy vrtat s proplachem. V tomto případě čerpadlo prodává proplachovací roztok hadicí do potrubí. Poté roztok vynese vypracovanou zeminu na povrch.
Pokud účelem stavby studny není vodonosná vrstva v písčitých sedimentech, lze vrtání až do dosažení skalních útvarů provádět 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 nemožnost zvednout volné půdy a oblázky nasycené vodou. Pohybuje se pomalu po skále, k proražení balvanů vyžaduje dláto.
Mezi výhody jádrového vrtání patří:
- vysoká produktivita a schopnost vrtat studny s hloubkou více než 100 m;
- snížení zatížení vrtného zařízení v důsledku ničení jílovité horniny, srovnatelné s jeho řezáním;
- možnost použití mobilní vrtné soupravy kompaktních rozměrů.
Jádrové vrtání je jednou z nejrychlejších metod rozvoje vodních zdrojů. Studnu na písku s jejím využitím lze dokončit za jeden pracovní den. Ručně vyvinutý vývoj příjmu vody zabere mnohem více času.
Vlastnosti šnekového vrtání
Tento typ vrtání se dnes nejčastěji používá při stavbě vodonosných vrstev v soukromých domácnostech. Charakteristickým rysem šnekového vrtání je, že vyvinutá hornina je zcela odstraněna z vrtu bez zapojení dalšího zařízení. Metoda připomíná šroubování, umožňuje vrtat do hloubky a zároveň odstranit nepotřebnou zeminu.
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 zapouštění horních vrstev.
Šnekové vrtání je rychlá a levná metoda, která nevyžaduje zásobník na vrtnou kapalinu
Vrtání pomocí šneku nevyžaduje velké úsilí a finanční náklady, takže rozsah této metody je poměrně široký: průzkumné studny, pokládka komunikací, uspořádání vrtaných studní a částečné vrtání vody.
Nyní se aktivně používá pro stavbu habešských studní, aby nedošlo k úplnému ucpání jehlové díry do husté půdy, ale k mírnému usnadnění procesu ponoření kmene do předem zničené horniny.
Metoda je vhodná pro rozvoj zvodněných vrstev do hloubky 30 m v měkkých a sypkých půdách a do 20 m ve středně hustých. Po pohonu šneku a instalaci pažnice je nutné vrt očistit od nevytěžené horniny pomocí bailleru.
Šnek kategoricky není vhodný pro práci ve skalách! Používá se pro částečné vrtání vrtů do 120 m, přičemž tento způsob je kombinován s dalšími: rotační, rázově-lanový, jádrový.
Jsou navrženy instalace se šnekem pro vrtání mělké (50-80 m) vrty o průměru do 250 mm v hlínách, jílech a písčitých hlínách.
Když se šnek otáčí, kámen 3 uvolněný vrtací korunkou 4 se pohybuje nahoru podél spirálové plochy 2. Hornina je přiváděna nepřetržitě, což zajišťuje velmi vysokou produktivitu rostlin (až 40 – 60, v některých případech 200 m za směnu). Tento způsob vrtání nevyžaduje čištění studny, což zajišťuje práci v zimních podmínkách a v oblastech bez vody.
Provozní schéma vrtné soupravy pro šnekové vrtání studní je uvedeno níže
1 – studna; 2 – šnek; 3 – korunka; 4 – plemeno.
nevýhody šnekové vrtání zahrnují mělké hloubky studní, možnost použití pouze v měkkých horninách a získávání vzorků půdy pouze s narušenou strukturou.
Šroubové sekce jsou vyrobeny z ocelových trubek, ke kterým je po šroubovici přivařen ocelový pás. Pro jejich spojení se do jednoho konce trubky vtlačí objímka se šestihranným otvorem a na druhý se přivaří šestihranná stopka. Oba šestihrany mají odpovídající otvory, kam se vkládá prst. Vypadnutí brání pružinový zámek. Délka šnekového článku je 1.3 – 3 m, průměr 120 – 150 mm a 200 mm, stoupání spirály 0.7 – 0.8 průměru šneku.
Šnekový vrták se používá k uvolnění horniny a je vyroben o 20 mm větší, než je průměr šneku. Skládá se z ocelového těla se třemi břity, do kterých jsou stupňovitě připájeny tvrdokovové frézy. Stejné desky jsou připájeny k vnějšímu ráfku, což umožňuje přesně udržovat průměr studny. Korunní zámek je stejného provedení jako na šnecích (obr. 2). Kromě přechodového vrtáku jej lze použít pro šnekové vrtání Bit typu PX (rybí ocas).
1 – ocelové tělo korunky; 2 – spirála; 3 – prst se zámkem; 4 – desky z tvrdé slitiny
Pro zvýšení terénních schopností, v lesích a v mokřadech vrtná souprava šneková vrtačka UShB-T je namontována na speciálním traktorovém přívěsu.
Přenosná vrtná souprava PBS-110 může pracovat pouze v měkkých půdách. Jeho nevýhodou je nutnost mít samostatný generátor proudu pro pohon otáčení šroubu.
Při vrtání šnekem je pro průzkumné vrtání běžná přenosná vrtačka PBS-110. Kinematické schéma šnekové vrtačky USHB je na (obr. 3)
1 – motor, 2 – skříň hnacího rotoru, 3 – kardanová hřídel, 4 – převodovka, 5 – kuželová kola (pevný rotor), 6 – tyč, 7 – rotor, 9 – šnek, 10 – koruna, 11, 12 – navijáky
Sloup šneku je poháněn do rotace motorem 1 vozidla přes pomocný náhon 2, kardanový hřídel a převodovku 4. Z převodovky se rotace přenáší na rotor 7.
Stroj je vybaven dvěma navijáky: jedním pro zvedací operace a druhým pro přenášení dodatečné zátěže na udidlo
Šnekové vrtání
Šnekové vrtání je rotační vrtací proces využívající čepelovou bitovou frézu a odstraňování zničené horniny ze dna vrtu pomocí šneku. Šnekové vrtání používá se pro vrtání studní v měkkých (I-III) a středně tvrdých (IV-VI) horninách do malé hloubky, v průměru do 30 m.
Šnekové vrtání – levnější, metr penetrace je levnější než rotační způsob vrtání studní, ale pokud náhodou narazíte na podzemní balvany (morény), použití šneku se stává problematickým.
Produktivita vrtání studny pomocí této metody samohybné jednotky – až šedesát metrů za směnu.
Vrtná souprava je často namontována na nákladním automobilu, takže přístupové cesty jsou povinné.
