Технологии бурения водоносных скважин: сравнительный обзор 6-ти основных способов

Виды буровых способов

Ранее бурение водоносных скважин для личного пользования осуществлялось в основном ручным способом. Это было трудоёмкий и длительный процесс, поэтому не каждый владелец участка или дачи мог похвастаться наличием собственного источника водоснабжения.

Сегодня практически все водоносные скважины бурятся механизированным способом, который основан на разрушении грунта, подаче его на поверхность одним из двух способов: сухим, когда отработанный грунт убирается из скважины при помощи механизмов и гидравлическим, когда он вымывается водой, поданной под напором или самотёком.

Различают три основных способа механического бурения:

• Вращательный (грунт разрабатывается вращением).
• Ударный (бурснаряд разрушает грунт ударами).
• Вибрационный (грунт разрабатывается высокочастотными колебаниями).

Вращательный способ считается самым высокопроизводительным, в 3-5 раз превышающий по эффективности ударный и в 5-10 вибрационный. Кроме этого вращательный способ самый недорогой и доступный, его нередко применяют в качестве основного метода ручного бурения.

В свою очередь вращательный способ бурения, широко применяемый для сооружения скважин на воду, подразделяется на четыре основных вида бурения:

• колонковое;
• шнековое;
• ударно-канатное;
• роторное.

Каждый вид вращательного бурения имеет свои особенности и выполняется специально предназначенным для этого оборудованием. Рассмотрим эти виды бурения более подробно, определим, в чём их различия и какой метод необходимо применять в каждом конкретном случае.

Методы бурения

Перед началом работы следует определиться, каким способом работать, так как пробить скважину своими руками можно в несколько способов:

• Вращательный способ бурения – вращение бурового снаряда для его углубления в породу.
• Ударный способ – буровую штангу вбивают в землю, заглубляя снаряд.
• Ударно-вращательный – вбивание штанги в толщу земли дважды или трижды, затем вращение штанги и снова вбивание.
• Канатно-ударный – буровой снаряд поднимается и опускается, регулируемый канатом.

Это способы сухого бурения. Также существует технология гидробурения, когда бурение проводят с помощью специального бурового раствора или воды, которые используются для размягчения грунта. Гидроударный способ требует больших затрат и специального оборудования. Если проводится бурение скважин вручную, используют упрощенный его вариант, поливая водой грунт для его размягчения.

Где не стоит бурить скважину

Хотя главным условием для успешного бурения является наличие водоносного пласта, есть еще несколько факторов, о которых нельзя забывать.

Например, выбирая место где бурить скважину на участке, стоит помнить, что источник должен быть надежно защищен от загрязнений. Поэтому лучше отдавать предпочтение экологически чистому уголку. Ни в коем случае нельзя размещать скважину вблизи источников загрязнений. От отстойников и септических резервуаров она должна быть удалена на 15 м как минимум. До выгребных ям и сточных колодцев приемлемо расстояние от 50 м. От промышленных предприятий, складских помещений, мусорных куч и свалок скважины нужно удалять на сто метров и более.

Технологии бурения

Есть куча различных методик установки скважин, успешно используются для совершения данной работы. Каждый метод обладает уникальными свойствами, которые помогут обеспечить необходимые условия. Освоив различного рода методики, спокойно осуществите бурение своими силами. Рассмотрим каждую методику:

Шнековый метод

Способ применяется для бурения скважин на маленькой глубине. Берётся специальный инструмент, бур, которым прорубается земля и выносится наружу приваренными лопастями. Если лопасти приделаны под прямым углом, весь мусор придётся доставать. Если лопасти приделаны под углом менее 90-та градусов, то весь мусор не придётся доставать.

Технологией стоит пользоваться на гравийных и суглинистых грунтах. Другие местности невозможно бурить шнековым методом. В случае необходимости учитывайте все условия.

Колонковое бурение

Существует определённый инструмент – труба, на конце закреплена колонковая воронка, оснащенная острыми зубцами, сделанными из стойкого и качественного металла. Инструментом можно пробурить плотные, твёрдые породы. Колонковая труба напрочь разрушает весь прочный грунт долотом, после чего, коронка осуществляет разбуривание и выбрасывает наружу все накопившиеся отходы в трубке.

Разбуривание происходит из-за вращения колонки с трубкой, углубляется глубже в грунт и создаёт нужную нам скважину с определённой шириной, равной сечению используемой детали. Ненужный мусор выбрасывается наверх со снарядом под названием «Стакан». Тяжеленной кувалды убирают породу. В самостоятельном разбуриванье этим приёмом, предусматривается подача чистой воды, воды с небольшими кусочками глины. Решением этой задачи, является укрепление стенок.

Ударно-канатный метод бурения

Используется оборудование под названием тренога. Сооружение высотой в два метра, которое конструируется прямо на самом месте установки. Сверху треноги прикрепляется блок. Через блок кидается трос, в конце устанавливается желонка. Суть приспособления заключается в его опускании и поднимании наверх, используя трос. Желонку очищают от мусора через дырочку, находящуюся на расстояние 50 сантиметров от рамки снизу.

Бурение ударно-канатным приёмом скважин своими силами, предоставляет поднятие бурового приспособления на высоту, которую позволяет тренога, и затем его опускают обратно под силой притяжения. Позволяет разбить породу. Обломки собираются желонкой. Помните, нужно всегда возводить треногу.

Ручное роторное бурение на воду

В таком способе ствол создаётся благодаря буру, выглядящее как огромное сверло. Прорывает в земле поток, создавая вращения. Канал нужен для того, чтобы достать необходимого водо-несущего слоя. Прибор качествен при бурении скважин самостоятельно на воду в гравийных и суглинистых почвах. На неустойчивых, песчаных местностях, скважину можно закрыть с помощью бура-ложки.

На песок

Чтобы проделать бурение скважин на песок, достаточно взять вышеописанные методы, шнековый или ударно-канатный способы. Одна сложность в данном бурение – очистка канала от шлама. Нужно тщательно подходить к работе в этом приёме, первоначально, убрав рыхлый верхний слой почвы. Постоянно следив за наполнением лопастей или желонок шламом. Для облегчения работы, можно периодически подливать воду в канал, после чего, медленно опускать прибор внутрь, делая скважину.

Какое нужно буровое оборудование для бурения скважин на воду

Данный вопрос требует более глубокого рассмотрения, так как существует четыре основных способа бурения:

• ударный;
• шнековый;
• роторный
• с промывкой.

Каждый из них предполагает использования специально оборудования для бурения водоносной скважин.

Бурение ударным способом

В качестве основного инструмента для бурения скважины используется железная труба, к которой прикреплена желонка. Ударная часть – своего рода черпак, который выбирает на поверхность породу. Разрыхление подземных пластов производится ударами, когда трубу с желонкой, поднятую на высоту лебедкой отпускают под собственным весом в шурф.

Для выполнения работ потребуется:

• тренога из металлопроката;
• труба с желонкой;
• трос с крюком и лебедкой;
• комплект обсадных труб.

Процесс трудоемкий, а подвижность пластов требует быстроты.

Бурение шнековым способом

Способ подходит для грунтов с большим содержанием песка. В качестве бурильного оборудования для скважин небольшой глубины используется отруба, которую венчает резец. Вокруг стержень охватывают винтовые лопасти. Разрыхленная почва поднимается наружу по шнеку в результате вращения по принципу мясорубки.

Для выполнения работ потребуется специальная буровая шнековая установка, на которой закрепляются все необходимые элементы, оснащение, инструменты. Можно изготовить шнек самостоятельно из ледоруба, приварив к рабочей части Т-образную рукоять. Но так бурят абиссинский колодец, если грунт достаточно мягкий и рыхлый.

Бурение роторным способом

В качестве привода для бура используется гидравлическая или электрическая установка роторного типа, закрепленная на раме. На конце ударного инструмента находится долото из твердосплавного металла, которое разбивает породу.

Артезианские скважины бурятся иногда другим инструментом. Так, если почва глинистая, рыхлая, мягкая вместо него устанавливают ложковый бур. Это труба со спиралевидной нарезкой. Когда приходится работать с суглинками рабочим узлом является бур-змеевик. Работает по принципу штопора. Выбор зависит от типа грунта. Потребуется оснащение для промывки шурфа и запас воды.

Бурение с промывкой скважины

За один час работы можно пробурить более 13 метров. При этом водоносные пласты залегают на горизонте 40 метров. Этот метод применяется для бурения скважин на песок. Для выполнения работ необходимо организовать два контура подачи промывочной жидкости:

1. Прямая промывка. Промывочный раствор подается в шурф, вымывая породу. Отработанная жидкость вместе с размытым грунтом выбрасывается на поверхность.
2. Обратная промывка. Промывочный состав подается в выработанный шурф, чтобы вымыть почву. Жидкость откачивается на поверхность грязевым насосом.

Подача растворов производится по трубам и шлангам буровой установки. Технология предполагает, что подаваемая жидкость вымывает породу, охлаждает оборудование, а также способствует тому, чтобы обсадные трубы свободно размещались в шурфе.

Особенности ручного бурения

Способ ручного бурения требует больших затрат физической силы, но позволяет сэкономить на оборудовании. Применяется при монтаже скважин глубиной не более 25 метров и проводится до тех пор, пока бур не дойдёт до водоупорного слоя.

В случае с ручным бурением используют:

• комплект буровых головок (бур-долото, бур-ложка, змеевики, желонки);
• штанги;
• лебёдка или электрическая таль;
• обсадные трубы;
• для работы на большой глубине – бурильная вышка.

Процесс проходки ствола состоит из следующих этапов:

1. Выкапывается небольшая яма глубиной в 40-50 см, в которой разместится бур.
2. Затем один человек начинает вращение бура; когда он войдёт достаточно глубоко, вращать придётся вдвоём, потом – вчетвером.
3. Через каждые 50-70 см вхождения в землю, бур необходимо вытаскивать и прочищать, чтобы грязь не залепила всю головку.
4. Если грунт слишком жёсткий, получившееся отверстие нужно необходимо заливать водой.

В момент заполнения шахты водой изнутри, работа прекращается. Теперь остаётся только откачать грязную воду с примесями – примерно 5-7 литров. Для этого понадобится насос.

Ударный способ

Данным способом устанавливается самая простая скважина-игла – абиссинский колодец. Этим методом активно пользуются домашние умельцы, пробивая скважину на воду на даче. Конструкция «буровой установки» представляет собой ствол, состоящий из отрезков трубы, и наконечник, который разрезает пласты грунта. Молотом служит увесистая баба, которая поднимается и опускается с помощью веревок: при натяжении своеобразный молот поднимается на верх конструкции, при ослаблении падает на подбабок – устройство из хомутов, расположенных симметрично. После вхождения ствола в грунт он наращивается новым отрезком, подбабок прикрепляется уже к новой части, и забивание продолжается до тех пор, пока наконечник не войдет в водоносный слой на 2/3 пласта.

Ствол-труба служит отверстием для выхода воды на поверхность.

Достоинство данной скважины заключается в том, что пробурить ее можно в подвале или другом подходящем помещении. Это создает удобство при пользовании. Привлекает и цена, пробить скважину для воды таким способом стоит недорого.

Ударный способ бурения можно применять на любых типах почвы

Канатно-ударное бурение

Наиболее часто используемый способ. Данный метод предполагает разбивание грунта посредством опускания с двухметровой высоты тяжелого бурового инструмента. Конструкция, используемая при таком виде бурения, состоит из элементов:

• треноги, которую размещают над местом бурения;
• блока с лебедкой и тросом;
• забивного стакана, штанги;
• желонки (для прохождения по сыпучим слоям грунта).

Стакан представляет собой отрезок стальной трубы, скошенный вовнутрь, имеющий прочную нижнюю режущую кромку. Сверху забивного стакана идет наковальня. По ней производит удары штанга. Опускание и подъем забивного стакана осуществляют с помощью лебедки. Порода, которая попадает в стакан, удерживается в нем за счет силы трения. Для того чтобы проникнуть в грунт максимально глубоко, используют ударную штангу: ее бросают на наковальню. После заполнения стакана грунтом его поднимают наверх, после чего очищают.

Бурение скважины на сыпучих грунтах производится с использованием желонки. Последняя представляет собой стальную трубу, на нижнем конце которой установлен задерживающий капан. После попадания желонки в почву клапан открывается, вследствие чего грунт попадает внутрь трубы. При подъеме конструкции происходит закрывание клапана. После извлечения на поверхность желонка очищается, действия повторяются снова.

Канатно-ударное оборудование для бурения скважин

Эффективно применяется при самостоятельном бурении и описанный выше шнековый способ. Как пробурить скважину своими руками с помощью шнека, объяснять дополнительно не имеет смысла – основной принцип сохраняется.

Преимущества ручного бурения:

• экономичный способ в финансовом отношении;
• ремонт и профилактику ручного бура производить несложно;
• оборудование негромоздкое, поэтому нет необходимости задействовать тяжелую технику;
• способ применим в труднодоступных местах;
• эффективен, не требует большого количества времени.

Основными недостатками ручного бурения можно считать опускание на небольшую глубину (до 10 м), где в основном проходят пласты, вода которых требует очистки, и невозможность дробить твердые породы.

Ударно-канатная схема с желонкой и пробойным долотом

Небольшой ликбез

Отбор воды из безнапорного водоносного слоя – не всегда лучший вариант.

1. При неконтролируемом заборе, возникает опасность суффозии грунта и, как следствие, его внезапных провалов;
2. Бурение скважины – процесс долгий, трудоемкий и затратный.

   Поэтому подсчитайте сначала, сколько стоит оборудование (насосные станции водоснабжения для частного дома), снаряжение или привлечение специалистов, а потом решайте вопрос с сооружением источника.

   Собственными силами делать такой источник выгодно, если глубина залегания водоносных слоев не превышает 20 м.

   В остальных случаях затраты превышают стоимость скважины «под ключ» от организаций, имеющих лицензию на проведение таких работ.

3. Дебет и срок службы скважины зависят от режима эксплуатации.

   Регулярный забор воды по мере необходимости обеспечит срок службы скважины «на песок» в пределах до 15 лет («на известняк» — до полувека).

   При нерегулярном использовании или частом отборе «досуха», бурить новую скважину придется уже через 5-7 лет.

Поэтому предпочтительный вариант – скважина «на известняк».

Ответит на вопрос о залегании слоев и трудоемкости бурения разведочная скважина-«игла».На такой скважине организуют т.н. «абиссинский колодец», как источник временного водоснабжения.

Практическое замечание! Абиссинский колодец можно пробить, непосредственно, в подвале дома, получая при этом, гарантированный источник воды в любое время года.

Приступаем к бурению

Если говорить о пошаговой инструкции для бурения скважины на воду своими руками от А до Я, то она выглядит так:

1. Роется приямок полтора метра длиной и столько же шириной. Глубина – от 100 до 200 см. это нужно, чтобы предотвратить обрушение верхних слоев почвы. Стенки обкладываются фанерными листами на манер опалубки. Дно застилают досками. Поверх приямка монтируется деревянный щит, по которому можно безопасно ходить, не боясь, что стенки приямка обвалятся.
2. В днище и покрытии проделываются технологические отверстия для производства работ. Сквозь них продевают буровую штангу, прикрепленную к буровой установке.
3. Бур приводится в действие специальным двигателем с редуктором или вручную. Если речь идет о проколе, на штырь устанавливается подбабник, по которому наносятся удары кувалдой.
4. Если технология предполагает параллельную установку обсадных труб, работы производят также через технологические отверстия в деревянных щитах.
5. Грунт, вынимаемый из скважины, выбирается вручную. Если это шлам, нужно установить грязевой насос, который будет его откачивать прямо из обсадной трубы.
6. После окончания бурения и установки обсады нужно смонтировать электрооборудование и запустить насос, который должен работать до тех пор, пока вода из скважины не станет абсолютно чистой.

После того, как все этапы будут завершены, вместо оградительного короба монтируется кессон. Устанавливается оголовок, насосное и фильтрационное оборудование, подключается трубопровод. Система тестируется. Комплектация зависит от типа скважины.

Абиссинская

Верхние водяные пласты пригодны для полива, но не используются для бытового применения. Всему виной загрязнения, которые проникают в почву с паводками. Такая скважина имеет глубину менее 10 метров. Вода должна проходить многоступенчатую систему фильтрации. Только в таком случае жидкость превращается из технической в питьевую.

В качестве насосного оборудования можно использовать ручной насос. Допускается применение любого типа электрооборудования (погружное, поверхностное). Насосная станция не должна иметь большую мощность, и это делает скважину самой недорогой. Желательно обустроить накопительный бак, в который закачивается суточных запас воды.

Скважина на песок

На глубине 10-40 метров встречаются пласты, в которых вода проходит естественную фильтрацию. Проходя сквозь песок она очищается от части примесей. В ней нет крупных включений, глины и ряда химических соединений. В бытовых целях и для орошения сельскохозяйственных культур такую воду использовать можно, но чтобы она стала пригодной для применения в пищу, требуется дополнительная фильтрация.

Оптимальным вариантом электрооборудования является помпа. Также применяются поверхностные насосные станции. Если глубина более 10 метров допускается использование эжектора, который увеличит производительность насоса, ускорив поток добываемой воды в трубопроводе.

Артезианская

Это скважины с абсолютно чистой водой, обогащенной природой в известняковых платах среза грунта. Глубина может колебаться от 100 до 350 метров в зависимости от месторасположения участка, геологических особенностей почвы и рельефа местности. Вода не требует фильтрации. Угрозу составляют загрязнения, которые могут попасть внутрь обсадной трубы снаружи. Минералы, содержащиеся в растворе, полезны для человека.

Необходимо устанавливать погружной насос для скважины. Это может быть прибор центробежного или вибрационного типа. Последний предпочтительней, так как ломается он реже, а производительность у него больше. Главное, чтобы у помпы был насос грубой очистки, не дающий попадать твердым частицам в рабочую камеру.

Когда бурить скважину?

Те читатели, которые по каким-то причинам не успели по осени обзавестись собственным источником воды на загородном участке либо они не довольны существующим источником воды, и они решили устраивать источник воды сейчас.

Правильное решение: разумный хозяин об этом думает не 1 мая, а 1 марта. Однако стоит заметить, что наиболее удачное время для бурения скважины — это время после окончания сезона (октябрь, ноябрь, даже декабрь). Март тоже неплохой период: в мороз по твердому грунту заезжать 15-тонной техникой на участок гораздо проще, чем в теплую погоду по мягкому грунту. Хотя бурить скважину, когда тепло, проще и технике, и людям. Сейчас снег начнет таять, и скважину бурить будет все труднее: даже трехосные буровые машины застревают в снегу, а когда начинают рыть землю, вообще «садятся».

Кроме всего прочего надо знать, что некоторые поселки дачные, коттеджные, где сами пайщики своими силами клали дороги, просто-напросто закрывают въезд для любой техники, кроме личного автотранспорта. Уговаривай не уговаривай, угрожай, оплачивай — бесполезно. Принято решение общим собранием — никакая буровая туда не въедет. В этом случае придется ждать окончания паводка, а может быть и даже до конца мая.

И еще очень важный момент при бурении скважины. Цена на бурение скважины непостоянна в рамках годового цикла. Трубные комплексы катают трубы постоянно, летом есть спрос, зимой спроса нет. Поэтому цена на трубную продукцию летом выше. Серьезные компании, закупившие трубы под новый год на всю свою прибыль, могут бурить какое-то время, используя более дешевые трубы. Динамика цен на ГСМ также влияет на общую стоимость. На хорошую скважину уходит до полутора-двух тонн бензина. Самые низкие цены на бурение — с середины октября по март. В конце марта они начинают расти. Например, для обустройства артезианской скважины, если говорить про регион Московской области, заказать бурение скважины на воду можно тут.

Неглубокая скважина на песок бурится обычно один световой день. Скважина глубинная бурится от двух до пяти дней. Если у вас стоит буровая и бурит скважину две недели, можете ее сразу гнать. Артезианские скважины, в принципе, без разницы, когда бурить, это колодцы нельзя копать во время паводка, понятно почему (они будут мелкие с водой, а потом вода кончится). Скважины на песчаные горизонты тоже.

Я за много лет так и не убедился в том, что они как-то активно сезонно наполняются водой. Если горизонт нормальный, он никогда не истощается летом. Только не надо путать верховодку и грунтовые горизонты. Верховодка — это сезонный водоносный слой, который возникает после снеготаяния и какое-то время держится наверху, а потом уходит вниз. А скважина строится на постоянный пласт, который никогда не иссякает.

Буровой шнек при бурении скважины на песчаный водоносный горизонт

Подключение гидроаккумулятора, автоматики

Чтобы полностью обустроить скважину для воды, необходимо установить в подготовленную кессонную яму насос, оборудование и автоматику, к которым относятся гидравлический аккумулятор, реле и манометр. Если используют станцию, все необходимые для забора воды узлы собраны в одном модуле, остается только присоединить ее вход к напорной трубе через компрессионный фитинг и аналогичным способом подключить к водопроводу, поступающему в жилое здание.

При подключении насосной станции помощь специалиста и применение специального инструмента необязательны — трубопровод из ПНД соединяют прямыми или угловыми резьбовыми компрессионными фитингами вручную, или используя гаечный ключ на металлических деталях.

При размещении в кессоне погружного электронасоса, на поверхности в камере монтируют элементы автоматики — реле давления и защиты от сухого хода, устанавливают гидравлический аккумулятор и манометр. Данные детали сложно соединять между собой отрезками пластиковых труб ПНД и фитингами, не предусмотренными для этих целей, для проведения работ часто вызывают специалиста. Обычно соединения внутри производят на полипропиленовые трубы методом пайки при помощи специального утюга, для подключения к ПНД-трубопроводу и подведения к металлической резьбе пожарного гидранта вверху, применяемого для полива огорода, используют переходные фитинги с полипропилена на ПНД или металл.

Устройство насосной станции