Бурение скважины желонкой: полный обзор технологии бурения ударно-канатным методом

Как обеспечить собственный участок и дом достаточным количеством чистой воды? Иногда самый простой ответ на этот вопрос — устройство скважины. Если нанимать бригаду дорого, а навыки и желание тяжело поработать имеются, пробурить ее можно и самостоятельно. Методы, с помощью которых можно добыть воду из недр матушки-земли, бывают разными.

Среди них бурение скважины желонкой занимает вполне достойное место. Чаще всего желонирование используется в комплексе с вращательным колонковым методом для извлечения рыхлых несвязных пород: песков, гравийных отложений. Бывает, что без использования желонки вообще невозможно поднять с забоя разрушенный грунт.

Мы расскажем о том, как производятся буровые работы при использовании желонки. У нас вы узнаете, как грамотно пробурить водозаборную скважину на загородном участке, применяя простейший самодельный буровой инструмент. С учетом наших рекомендаций вы с минимальными затратами обустроите источник воды.

Общие понятия о процессе бурения

Бурение желонкой представляет собой так называемый ударно-канатный способ бурения. В качестве бурильного инструмента используется желонка — тяжелый, полый, длинный и узкий снаряд, который роняют в шахту скважины с высоты в несколько метров.

Под тяжестью желонки слои грунта разрушаются и попадают в полость снаряда. Желонку вынимают, очищают от грунта, а затем снова бросают в шахту.

Процесс повторяют снова и снова до тех пор, пока не дойдут до водоносного слоя и не пройдут его. Хотя при описании процесс выглядит простым, он может быть долгим и трудоемким.

Однако у ударно-канатного бурения есть немало преимуществ по сравнению с другими методами. Например, при ручном бурении с помощью желонки обычно в ствол не подается вода, как это часто делается при использовании шнекового или роторного бурения.

В результате грунт в скважине не намокает, а это снижает риск ослабления или разрушения ее стенок. Еще один плюс — точное определение водоносного слоя.

При “мокром” бурении понять, что долгожданная вода наконец-то появилась, не всегда просто. Даже опытные буровики порой не сразу опознают этот момент и продолжают бурение. Кроме того, считается, что и дебит у “сухих” скважин повыше, чем у “мокрых”.

Желонка используется при устройстве скважин в сыпучих обломочных породах, наполненных водой. Инструмент оснащают клапаном, чтобы захватывать и поднимать наверх больше породы за один прием

Выбирая между желонкой и шнеком, некоторые мастера руководствуются следующими соображениями. У шнековых установок с промывкой, которые производит современная промышленность, имеются ограничения по глубине бурения.

И мощность таких установок составляет 12 кВт. Найти мотор-редуктор, обеспечивающий такую мощность в бытовых условиях, затруднительно.

Но редуктор мощностью всего 2,2 кВт поднимает груз весом около одной тонны. Даже очень тяжелую желонку такой механизм поднимет без труда. Остается лишь бросить желонку вниз, чтобы получить достаточно сильный удар, способный разрушать достаточно плотные породы. Таким образом, при меньших энергозатратах получается более эффективное воздействие.

Кроме того, собрать желонку из подручных средств будет проще и быстрее, чем шнек, конструкция которого заметно сложнее. Известны случаи, когда с помощью самодельной желонки, треноги и мотора удавалось пробить скважину глубиной более 40 метров, хотя ушло на выполнение этой работы несколько месяцев.

Что необходимо учесть при работе?

Для начала не помешает предусмотреть возможные проблемы. Конечно, каждая скважина обладает индивидуальными характеристиками.

Бурение на расстоянии всего пары десятков метров может проходить по разному сценарию. Но знание примерного состава грунта и слоев, которые он включает, позволит составить предварительный план, запастись необходимыми инструментами и т.п.

Чем более тяжелое и вязкое вещество нужно вынуть на поверхность, тем сложнее будет работать желонкой. Проще всего справиться с сухим песком. А вот на плывунах работа может длиться бесконечно, при этом скважина почти не углубляется. Некоторые мастера рекомендуют в этом случае выполнять бурение с одновременной промывкой, погружая обсадную трубу как можно быстрее вперед желонки.

Практически невозможно преодолеть с помощью желонки слои тяжелой глины. На грунтах такого типа бурение эффективнее выполнять другими способами.

Чтобы выбрать слой суглинков, используют стакан: узкий длинный инструмент с острой нижней кромкой и без клапана. Его также бросают в шахту с высоты в несколько метров. Затем стакан вынимают и очищают через узкое вертикальное отверстие, сделанное в его боку. Иногда такое отверстие делают и в желонке.

Для бурения особо вязких пластов грунта ударно-канатным методом используют стакан — длинную трубу с заостренной нижней кромкой и узким отверстием, проделанным вдоль стакана

Такая работа по суглинку продвигается тяжело и медленно. Стоит оценить затраты труда и времени, возможно, имеет смысл предпочесть шнековое бурение ударному методу. Чтобы оценить состав грунта, на котором будет выполнено бурение, есть два способа. Дешевый — расспросить соседей, у которых уже есть скважина, и дорогой — заказать буровые работы у специалистов.

Обычно для скважины выбирают место, где рельеф понижается, считается, что так будет ближе к водоносному слою. Некоторым умельцам с помощью желонки удалось пробурить вполне приличную скважину прямо в подвале своего дома, поскольку станок или тренога для желонки — сооружение относительно компактное.

Следует помнить, что подобные работы можно проводить только в достаточно просторном подвале с высоким потолком. В этом пространстве предстоит не только поместить буровую установку, но и выполнять наращивание обсадной трубы.

Если пол и потолок пока отсутствуют, лебедку можно закрепить на стропилах. Кроме того, следует считаться с большим количеством грязной воды, которая будет поступать из скважины во время бурения и может залить все вокруг. Бурение разумнее проводить в сухое время года.

Бурение желонкой — работа довольно грязная, нужно предусмотреть место, в которое будет высыпан вынутый из устройства отработанный грунт

Чаще всего это делают летом. Вполне эффективны буровые работы и в зимний период, хотя преодолеть слой промерзшего грунта может быть не просто. А вот весной во время паводка бурить скважины не рекомендуется. Мокрый грунт вынимать сложнее, да и определить момент появления воды в скважине будет труднее. Осенью работы обычно приходятся на ноябрь.

Инструменты и применяемые материалы

Для начала понадобится собственно желонка, а также установка, к которой ее нужно подвесить. Желонка для бурения — снаряд достаточно тяжелый.

При сильном желании заполненное устройство можно, конечно, вытащить из шахты вручную, но для этого понадобится немало сил и времени. Чтобы облегчить работу, над местом бурения устанавливают вышку в виде треноги.

Для подвешивания желонки над рабочим отверстием используют специальную треногу. Обычно ее выполняют из металла, но подойдут и деревянные балки

Она может быть выполнена из металла или из дерева. Наверху закрепляют блок, через который пропускают металлический трос. На этом тросе подвешивают желонку. Так для ее вытаскивания понадобится меньше усилий.

Подъем выполняют с помощью мотора-редуктора со сцеплением, на вал которого наматывается трос. Чтобы после удара желонки барабан не раскручивался по инерции, можно установить специальное устройство для торможения.

При коммерческом использовании применение тормоза вполне оправдано, но для собственных нужд можно обойтись и без него. С помощью сцепления можно регулировать усилие, поступающее на устройство, учитывая при этом момент удара. В процессе работы устройства способность определять этот момент быстро приходит с опытом.

В нижней части желонки приваривают или привинчивают башмак со встроенным в него лепестковым клапаном. Клапан не позволяет грунту высыпаться из снаряда, когда ее поднимают на верх, чтобы очистить

И установку, и желонку, и стакан можно сделать самостоятельно или приобрести в строительных магазинах. О том, как сделать буровой инструмент для ручного бурения, подробно написано в этой статье.

Для изготовления желонки понадобится отрезок металлической трубы длиной несколько метров. Наружный диаметр такой трубы должен быть меньше внутреннего диаметра обсадной трубы примерно на 20 мм. Например, если используется стальная обсадная труба на 133 мм, для желонки волне подойдет труба с диаметром 108 мм.

Толщина стенок трубы для желонки может достигать 10 мм. При этом следует соотнести размеры и вес устройства. Она должна быть достаточно тяжелой, чтобы при ударе о грунт эффективно его рыхлить и захватывать.

Но следует помнить, что для вытаскивания заполненной желонки должно хватать мощности редуктора. Вполне достаточным считается вес в 30-40 кг. Когда труба выбрана, необходимо внизу приварить или прикрутить башмак с лепестковым клапаном.

Вверху приваривают защитную решетку и ручку, к которой следует прикрепить металлический трос. Нижнюю часть можно заточить внутрь, чтобы улучшить рыхление грунта. Вместо затачивания края можно внизу приварить заостренные прутья или острые куски металла.

Примерно таким же образом из куска трубы изготавливают стакан для бурения скважины на суглинках. Только в этом случае клапан не нужен, а по длине трубы делают вертикальные отверстия, чтобы можно было очистить стакан от вязкого грунта.

Помимо установки и желонки, понадобится ряд материалов и приспособлений:

• обсадные трубы в нужном количестве;
• хомуты, чтобы зафиксировать трубы во время сварки или пайки;
• садовый бур;
• место для сбора отработанного грунта;
• емкость или место для слива загрязненной воды;
• сварочный аппарат или паяльник для труб ПВХ.

В формировании ствола скважин можно использовать как металлические, так и пластиковые обсадные трубы. Нижняя часть первой пластиковой трубы должна быть снабжена специальным башмаком, который облегчает процесс опускания трубы в шахту скважины. Пластиковые трубы спаивают с помощью предназначенного для этих целей паяльника.

Освоить работу с этим инструментом несложно, но перед началом работ лучше взять несколько уроков у более опытных мастеров или потренироваться на отрезках ненужных труб. С металлическими трубами работать немного проще, поскольку они прочнее, чем пластиковые конструкции.

Нередко такую трубу просто забивают в шахту, чтобы опустить ее на нужную глубину. Для сварки металлических труб используют сварочный аппарат, если навыка работы с таким оборудованием нет, их придется освоить. Чаще всего для скважин используют трубы с резьбовым соединением, но сварка считается более надежной.

Описание технологии бурения

Если все материалы и инструменты приготовлены, можно приступать к работам. Над выбранным местом для скважины устанавливают треногу. На блок заводят металлический трос желонки, и наматывают его на вал редуктора. В грунте под желонкой с помощью садового бура проделывают отверстие такого диаметра, чтобы в него проходила желонка.

Можно начинать бурение. Поднятую над отверстием желонку просто бросают вниз. Удар разрыхляет грунт, клапан раскрывается, и полость желонки заполняется грунтом.

Обычно делают не один, а три-четыре удара, чтобы желонка максимально наполнилась грунтом. Потом ее поднимают из шахты наверх, раскрывают клапан и высыпают из устройства захваченный грунт.

Опустошенную желонку снова сбрасывают в шахту несколько раз и т.д. Постепенно шахта становится глубже. Чтобы защитить ее стенки от обрушения, нужно опустить внутрь первую обсадную трубу.

С помощью желонки скважину можно пробурить даже в подвале, особенно, если пол и потолок пока не настелены. Вместо треноги в качестве опоры для устройства используют стропила, на которых и закрепляют блок для троса желонки

Трубу удерживают с помощью специальных хомутов, чтобы она не опустилась слишком глубоко. По мере необходимости длину обсадной трубы наращивают, приваривая, прикручивая или припаивая трубы друг к другу.

Считается, что неглубокую скважину можно сначала пробурить, а затем уже установить трубы, но гораздо разумнее устанавливать трубы сразу. Это точно предохранит стены скважины от обрушения.

Очень важно правильно установить в шахте первую обсадную трубу. Ее положение выставляют по уровню и тщательно фиксируют. Положение остальных труб выставляют по первой трубе. Если с самого начала труба будет поставлена с перекосом, это может затруднить бурение, установку насоса фильтра, обслуживание скважины и т.п.

Верхний слой суглинистого грунта обычно очень плотный из-за большого количества глинистых включений. Его проходят с помощью стакана, устройство которого описано выше. Действуют так же, как и желонкой: бросают его в шахту, вынимают, очищают и т.д. Пройдя этот сложный участок, можно снова использовать желонку.

Чтобы соединять обсадные трубы было удобнее, верхний и нижний край трубы, которую присоединяют к уже углубленной колонне, фиксируют специальными хомутами или металла или дерева

Сложности могут возникнуть и при прохождении плывуна, если в процессе бурения ствол пойдет через этот богатый водой слой. Некоторые мастера считают, что для ускорения работы имеет смысл подать в обсадку воду и вычерпывать жидкий грунт.

Обычно же бурение желонкой выполняется “всухую”. Это позволяет достаточно точно определить появление в скважине воды, свидетельствующее о том, что водоносный слой достигнут.

Прекращение бурения, как только в шахте появится вода, это распространенная ошибка новичков-бурильщиков. Рекомендуется продолжать бурение и углубиться в следующий пласт грунта примерно на полметра. Таким образом будет обеспечен максимальный дебит скважины. Затем остается скважину прокачать, опустить в нее насос, обустроить оголовок и т.д.

Выбор: с фильтром или без?

Чтобы предотвратить попадание в скважину загрязнений, внутрь ствола устанавливают вторую трубу со скважинным фильтром. Его изготавливают из длинного отрезка трубы, диаметр которой должен быть меньше, чем диаметр обсадной трубы. Верхнюю часть трубы используют под сальник, а в средней части проделывают множество отверстий.

На отрезке трубы, из которой изготавливают фильтр для скважины, следует проделать ряд частых и достаточно больших отверстий. Такая перфорация обесчпечит быстрое поступление отфильтрованной воды в скважину

Перфорированный участок закрывают сеткой галунного плетения, но в крайнем случае подойдет и обычная мелкоячеистая сетка, например, с параметрами 0,2Х0,13. Сетку можно зафиксировать проволокой.

Нижняя часть фильтра представляет собой отстойник, там перфорация не нужна. Если в скважину, устроенную шнековым способом, можно спустить фильтр с помощью соединенных между собой штанг, то при выполнении ударно-канатного бурения фильтр доставляют с помощью металлического троса.

Перфорированный фильтр для скважины следует закрыть металлической сеткой галунного плетения и зафиксировать проволокой из нержавеющей стали. Вместо сети галунного плетения можно взять обычную, достаточно мелкую сетку

Это не позволяет прижать фильтр с силой, чтобы обеспечить герметичность конструкции при соединении с сальником. В таком случае можно эффективно использовать ПСУЛ — предварительно сжатую уплотнительную ленту. Этот материал широко применяется при монтаже ПВХ окон.

Такую ленту следует намотать на край фильтра и сразу же опустить в шахту, поскольку ПСУЛ довольно быстро расширяется. Если фильтр опущен немедленно после наматывания ленты, она расширится в низу и обеспечит надежную герметизацию фильтра. После того, как фильтр опущен вниз, обсадную трубу аккуратно поднимают вверх.

ПСУЛ — предварительно сжатая саморасширяющаяся уплотнительная лента используется при монтаже окон ПВХ, но подходит для создания сальника скважинного фильтра. Нужно намотать ПСУЛ примерно на 30 см в верхней части фильтра и сразу же опустить его в скважину

При этом большая часть фильтра должна оказаться ниже уровня края обсадной трубы. Для подъема трубы можно использовать два пятитонных домкрата. Вынутую на поверхность часть трубы срезают или отвинчивают. Чтобы хомут не скользил, к выступающему куску трубы приваривают куски арматуры.

Ударно-канатный способ бурения позволяет создать бесфильтровую скважину. Чтобы обустроить ее таким образом, необходимо опустить обсадную трубу ниже водоносного слоя примерно на 0,5 метра. При “мокром” шнековом или колонковом бурении затруднительно бывает извлечь из скважины керн. Желонка легко извлекает рыхлые, насыщенные водой обломочные породы.

Схема устройства бесфильтровой скважины: 1 — скважина; 2 — водоносный — горизонт; 3 — водоприемная воронка; 4 — кровля; 5 — обсадная колонна; 6 — песок; 7 — полость, образованная в процессе откачки песка эрлифтом

После того, как обсадная труба прочно установлена, в скважину опускают два шланга. По одному из них в скважину подается поток воды, а по второму с помощью компрессора нагнетают воздух. Таким образом, получается так называемый эрлифт, а поток воды предотвращает образование песчаной пробки.

В результате по обсадной трубе пойдет смесь воды, песка и воздуха, которую необходимо слить в отдельную емкость. Когда смесь отстоится, следует измерить объем намытого из скважины песка. Согласно справочникам, каждый кубический метр такого песка равен примерно 4,5 кубометрам дебита.

С колонковым и шнековым способом бурения водозаборной скважины познакомит другая статья, с которой мы советуем ознакомиться.

Выводы и полезное видео по теме

Видео #1. Наглядная демонстрация бурения скважины желонкой:

Видео #2. Сочетание шнекового бурения по твердому грунту и использование желонки, чтобы пройти мелкий насыщенный водой песок:

Видео #3. Интересный вариант устройства желонки и стакана для бурения:

У бурения ударно-канатным способом есть немало преимуществ перед более распространенным шнековым методом. Желонку и прочие приспособления несложно сделать из подручных материалов. Процесс бурения тоже прост, особенно, если возможные проблемы будут предусмотрены в самом начале.

У вас есть личный опыт в ручном бурении? Возникли вопросы в ходе ознакомления с представленным нами материалом, хотите поделиться только вам известными тонкостями? Пишите, пожалуйста, комментарии в расположенном ниже блоке, задавайте вопросы, оставляйте фото по теме.