Forarea cu șnec a puțurilor: particularități ale tehnologiei și ale utilajului pentru forarea manuală și cu instalație

Forarea cu șnec a puțurilor pentru apă potabilă este cea mai populară metodă de forare astăzi în gospodăriile private. Puteți amenaja singur un puț freatic de mică adâncime cu ajutorul unui burghiu manual de pământ. Pentru a ușura munca, se folosesc adesea instalații de forare de dimensiuni mici cu acționare.

Vă vom spune de ce această metodă este atât de populară. Vom analiza cum diferă de alte metode de forare și în ce situații este eficientă aplicarea ei. În articol este descrisă în detaliu tehnologia cu șnec și construcția echipamentelor de forare, precum și uneltele de foraj utilizate în forarea manuală și mecanică.

Specificul forării cu șnec

Puțul de foraj reprezintă o excavație de formă cilindrică în scoarța terestră, care, la o lungime mare, are o secțiune transversală mică. Începutul său se numește gura puțului, suprafața laterală – pereții, iar fundul excavației – talpa.

Metoda optimă de forare se alege ținând cont de destinația funcțională a puțului, diametrul și adâncimea necesare. Este important să se ia în considerare proprietățile fizico-mecanice ale rocilor care trebuie străbătute în procesul de formare a excavației de captare a apei.

De asemenea, influențează oportunitatea tehnico-economică a forării în condiții specifice. Aceasta este o etapă importantă în proiectarea puțurilor, în cadrul căreia se determină soluțiile tehnologice de bază – tipul echipamentului utilizat și regimurile de forare.

Oportunitatea tehnico-economică a metodei de forare cu șnec se determină ținând cont de calitatea puțului, durabilitatea acestuia, termenele de execuție, precum și de cost

La proiectarea și forarea ulterioară a puțurilor de captare este necesar să se orienteze tocmai pe durata lungă de utilizare. Este importantă capacitatea de a menține un debit stabil și o permeabilitate la apă neschimbată a zonei de talpă pe o perioadă îndelungată de timp.

Procesul de forare a unui puț include câteva operațiuni de lucru:

1. Distrugerea rocii la talpă, adică separarea particulelor de masiv.
2. Transportul solului excavat la suprafață.
3. Pregătirea puțului pentru exploatare prin curățarea și amenajarea coloanei, precum și efectuarea spălării excavației de captare a apei.

Eficiența forării depinde direct de proprietățile fizico-mecanice imprimate de natură, și anume: densitatea de compactare, porozitatea, permeabilitatea la apă a solurilor necoezive, consistența rocilor argiloase coezive.

Forajul cu șnec este recomandabil pentru executarea puțurilor cu diametrul de la 60 mm la 200 mm, cu adâncimea de cel mult 80 m, în soluri necoezive și coezive (categoria I-III de forabilitate). Pentru străbaterea rocilor dure de duritate medie (categoria IV-VI), utilizarea burghiului elicoidal nu este oportună.

Pentru forarea rocilor dure, caracterizate prin monolitism și legături de tip cristalin între particule, această metodă nu este potrivită. Cu cât boabele minerale sunt mai bine consolidate în compoziția rocii, cu atât mai multă muncă este necesară pentru distrugerea acesteia.

Avantajele și dezavantajele metodei

Varianta de foraj cu șnec se utilizează atât în industrie, cât și în construcții civile, precum și în forarea manuală a puțurilor. Particularitatea sa distinctivă constă în eliminarea rocii distruse nu cu fluid de spălare sau cu amestecuri speciale gaz-lichid, ci direct prin piesele echipamentului de șnec.

Se distinge forajul cu șnec vertical și cel orizontal. Prima metodă este utilizată la construirea puțurilor de apă, precum și pentru formarea orificiilor pentru piloți. A doua este folosită la trasarea comunicațiilor inginerești prin metoda fără șanț.

Forajul rotativ în roci moi este cel mai rapid și mai ieftin în comparație cu alte metode

Această metodă asigură simultan o viteză mare de forare în soluri necariere până la adâncimi de 50-80 de metri, permițând formarea imediată a pereților excavației prin instalarea unei coloane de tuburi de carcasă.

Un alt avantaj – extragerea solului epuizat la suprafață fără ridicarea sculei. Și încă: deoarece forajul cu șnec nu necesită fluid de spălare, acesta este utilizat cu succes în regiunile fără apă, precum și în perioadele cu predominarea temperaturilor scăzute.

Astăzi, forarea cu agregate de șnec se utilizează:

• Pentru construirea puțurilor individuale de captare a apei;
• La construirea fundațiilor din piloți elicoidali/forați;
• Pentru instalarea gardurilor și a stâlpilor din beton armat;
• La efectuarea trasării fără șanț a comunicațiilor;
• Pentru construirea puțurilor puțin adânci și a gropilor.

Cu toate acestea, există și dezavantaje. Cu șnecuri nu se poate fora un puț în roci de duritate ridicată. La forarea în luturi nisipoase dure și semidure, argile cu straturi de calcar, pot apărea complicații, iar la forarea rocilor abrazive se înregistrează un consum mare de echipament de foraj.

În plus, există o limitare privind adâncimea excavației. A construi un puț cu o adâncime mai mare de 80 de metri prin această metodă este foarte dificil.

Tehnologia forării verticale a excavațiilor

Șnecul este o țeavă de foraj de înaltă rezistență cu o spirală înfășurată, care îndeplinește funcția de transportor elicoidal vertical. Sub acțiunea sarcinii axiale, partea activă a echipamentului de foraj pătrunde în rocă și o distruge prin tăiere și afânare. În același timp, cu burghiul cu șnec se realizează alimentarea solului epuizat pe spirala șnecului.

Procesul de curățare a sondei este continuu și paralel cu distrugerea rocii. Solul separat de talpă ajunge pe șnecul care se rotește cu viteză mare.

Sub acțiunea forțelor centrifuge, solul afânat se ridică pe paletele coloanei de foraj în sus. Ridicarea are loc datorită alunecării în spirală, deoarece frecarea solului de șnec este mai mică decât de pereții sondei.

Astfel, roca distrusă este transportată în stare mărunțită de la talpă la suprafață și este aruncată prin gura sondei. La transportul neîngreunat, solul umple 30-40% din întregul volum al spațiului dintre spire.

Parametrii coloanei cu șnec trebuie să asigure ridicarea rapidă a întregii mase de sol distrus de șnec. Cu toate acestea, în timpul forajului, o parte din solul afânat cade înapoi pe talpă. De aceea, la executarea forajului cu șnec este necesară o curățare mai intensă a tronsonului, iar la finalizare este obligatorie o spălare.

Forarea orizontală dirijată cu șnec

La montarea rețelelor inginerești cu diferite destinații funcționale sub obstacole (autostrăzi, căi ferate, masive forestiere) se utilizează forajul direcționat orizontal cu șnec.

În etapa inițială a lucrărilor se sape două gropi – una de start (de lucru) și una de recepție. Acestea trebuie să se afle la același nivel cu sonda proiectată. După aceasta, în groapa de lucru se coboară și se montează echipamentul necesar.

Pentru forajul cu șnec în direcție orizontală se utilizează instalații de mari dimensiuni cu un rotator de foraj mobil cu moment de torsiune sporit.

Un astfel de echipament are o cursă mare de avans și este dotat cu un cap de foraj rezistent la uzură din oțel înalt aliat. Pe acesta este instalată de asemenea o sondă pentru urmărirea forajului. Primind semnale pe monitor, operatorul controlează derularea procesului și poate corecta direcția de mișcare, precum și unghiul de înclinare al capului de foraj.

Când șnecul intră în groapa de recepție, adică punctul final conform proiectului, se scoate burghiul. În locul acestuia se fixează un expandator și o țeavă. După aceasta, se pornește rotirea paletelor în direcția inversă, pentru a trage țeava în sonda gata făcută. La finalizarea lucrărilor de foraj, din groapa de start se extrage instalația cu șnec.

Metoda fără șanț permite realizarea instalării țevilor sub rețele sub nivelul apelor subterane pe o lungime de până la 80 m. În același timp, toate lucrările complexe se execută fără săparea laborioasă a tranșeelor, ceea ce oferă posibilitatea de a minimiza timpul de execuție și de a reduce costurile financiare.

Se utilizează forajul orizontal cu șnec la așezarea conductelor sub presiune și montarea sistemelor de comunicații în zonele unde instalarea prin alte metode este imposibilă. Principalul avantaj al instalării fără șanț este economicitatea. În plus, pentru menținerea stabilității excavației finite nu este necesar să se utilizeze bentonită sau alți polimeri.

Particularitățile forării în diferite roci

Parametrii tehnologici de bază ai forajului puțului – sarcina axială și frecvența de rotație a șurubului transportorului melc. La creșterea sarcinii, viteza de penetrare crește inevitabil, ceea ce poate duce la apariția diferitelor situații de urgență.

Prin urmare, este obligatoriu să monitorizați ca volumul de rocă separat de melc pe unitatea de timp să nu depășească capacitatea transportorului. În caz contrar, pe spire se formează dopuri.

Viteza forajului melc depinde direct de proprietățile solurilor, de adâncimea și diametrul puțului, de numărul de rotații al coloanei, de sarcina axială pe talpă, de construcția instrumentului utilizat pentru spargerea rocii.

De regulă, rocile argiloase plastice, nisipurile afânate și de densitate medie se forează fără alimentarea forțată a sarcinii axiale. Instrumentul melc pătrunde în sol sub propria greutate, precum și datorită forței reactive care apare la transportul rocii uzate spre gura excavației cilindrice.

Sarcinile axiale de până la 5 kN se creează de obicei la forajul de pornire al puțului, la forarea în nisipuri argiloase dure, luturi, argile, argilite, siltite. Frecvența de rotație a coloanei nu trebuie să depășească 1,7-3,3 s^-1.

La frecvențe mai mari, în interior apar vibrații, din cauza cărora verigile coloanei de foraj își pot pierde conexiunile. În final, sfredelul de foraj va rămâne pe talpă, fiind practic imposibil de recuperat, ceea ce înseamnă că va trebui să forați o nouă excavație. Iar la frecvențe mici, transportul solului uzat în sus este foarte îngreunat.

Odată cu creșterea durității rocilor, sarcinile axiale se măresc. Forarea în soluri pietroase și grohoase, luturi înghețate, nisipuri saturate cu apă, siltite cu includere de cuarț se efectuează cu o sarcină axială de 8-10 kN pe daltă și o frecvență de rotație a coloanei de 1,3-2,2 s^-1.

Prundișurile și rocile cu includere de bolovani nu se forează prin metoda melc. Aceste fragmente rotunjite de roci stâncoase se sfărâmă cu dalta și se ridică la suprafața zilei cu ajutorul unei linguri de foraj.

Forarea în nisipuri de diferite densități și grade de saturație cu apă, depozite de pietriș și piatră spartă se efectuează la turații mari și, în același timp, pereții excavației se consolidează cu construcții de tubare.

Progresia cu melc prin argile moale-plastice și fluid-plastice este adesea complicată de formarea de dopuri. Când particulele de argilă se lipesc de instrumentul melc, adâncirea puțului încetează, iar transportul rocii uzate în sus este foarte îngreunat.

Pentru a evita acest lucru, se reduce viteza de forare la minimul posibil, se mișcă coloana în sus și în jos și se adaugă apă în puț. De asemenea, în această situație ajută ridicarea periodică a instrumentului de foraj la suprafață și curățarea de lutul lipit.

Instrumente pentru forarea cu șnec

Uneltele pentru forajul elicoidal al puțurilor se deosebesc, în funcție de tipul de construcție, prin numărul de spire și geometria părții tăietoare. Pentru străpungerea în nisipuri argiloase dure și semi-dure, precum și în luturi, se folosesc adesea garnituri de foraj a căror muchie este prevăzută cu freze suplimentare.

Cel mai adesea, pentru săparea unei captări de apă pentru persoane fizice, se folosește un singur șnec de pornire, fără alte completări, deoarece urmează să fie forate roci sedimentare coezive și necoezive. La adâncire, unealta se prelungește pur și simplu cu prăjini de foraj.

În acest caz, garnitura este extrasă din coloana sondei la fiecare 0,5 – 0,7 m, pentru a curăța burghiul și talpa de roca sfărâmată. Aceasta este o variantă de foraj mai economică, dar și mai laborioasă.

Pentru găurirea bolovanilor și pietrișului care pot apărea în solurile sedimentare, se trece la metoda prin percuție cu cablu. De obicei, se folosește o daltă confecționată din oțel de scule. Acest burghiu ascuțit la capătul inferior este “aruncat” cu forță pe talpă până când “obstacolul dur” este distrus.

După distrugerea pietrișului sau a bolovanului, cioburile sunt scoase la suprafață cu un pahar (tub carotier) sau cu lădiță de extracție. Apoi se revine la metoda elicoidală. Cel mai adesea, pentru săparea excavației, este necesar să se utilizeze mai multe metode de foraj în complex.

La forarea nisipurilor afânate și a luturilor moi, se folosesc garnituri elicoidale de foraj cu palete orientate spre talpă la un unghi de 30-60°, iar pentru forarea în roci argiloase coezive – 90°.

Constructiv, șnecul reprezintă o țeavă sau o bară/tijă plină lungă cu o spirală înfășurată.

Această spirală se obține prin înfășurarea unei benzi de oțel de înaltă rezistență cu diametrul de 5-7 mm pe un dorn elicoidal. Se întinde pe țeavă/tijă, după care se sudează.

Cu cât diametrul țevii de bază este mai mare, cu atât capacitatea de transport a șnecului este mai mică. Cu toate acestea, diametrul produsului lung este limitat de rezistența mecanică a șnecului, precum și de tehnologia de fabricare a acestuia.

Astăzi se fabrică două tipuri de șnecuri:

• Cu orificiu central, adică tubular;
• Grele – fără orificiu.

Pentru a minimiza uzura transportorului elicoidal la forarea în roci abrazive, pe marginea exterioară se înfășoară o bandă de oțel sau se depune un strat de metal pe suprafață.

La viteze mari de foraj elicoidal, deasupra garniturii se fixează un adaptor special cu înfășurare dublă din bandă de oțel. Astfel, cea mai mare parte a rocii ajunge pe transportorul elicoidal fără a fi frecată.

La capătul țevii cu spirală înfășurată se sudează obligatoriu elemente de îmbinare. Se disting două tipuri de îmbinări ale șnecurilor: fără filet și cu filet. În primul caz, șnecurile se îmbină prin cuplaje de blocare și se mențin prin știfturi metalice cu fixatoare, iar în al doilea caz – prin înșurubare.

Conexiunea prin filet a șnecurilor la coloana de foraj permite mecanizarea îmbinării și deconectării acestora în timpul operațiunilor de coborâre și ridicare, la alimentarea cu fluid pe talpa sondei. Există însă un dezavantaj semnificativ – posibilitatea de rotație inversă a șnecurilor lipsește în acest caz. De aceea, conexiunea fără filet a căpătat o răspândire mai largă.

Instalațiile de foraj speciale includ, de regulă, un set de șnecuri cu diametre diferite.

Cele mai eficiente sunt șnecurile cu orificiu central, prin care se furnizează aer sau apă pe talpa sondei. Acest lucru permite reducerea frecării rocii de suprafața transportorului elicoidal

Șnecurile tubulare cu conexiune filetată sunt utilizate la forarea cu suflare, la pomparea apei în timpul săpării excavațiilor cilindrice în crusta terestră, la instalarea încărcăturii în sonde geofizice, la injectarea betonului în găurile pentru piloți. De asemenea, pot fi folosite ca și coloană de tubaj.

La forarea cu talpă plină, canalul central este obturat cu un instrument de foraj pe cablu.

Prezentare generală a instalațiilor de forare

Pentru forarea cu șnec se utilizează atât unelte manuale, cât și instalații mecanizate. Cel mai simplu ca construcție este burghiul manual de pământ. Acesta constă dintr-o tijă/țeavă cu un cuțit elicoidal și un mâner în formă de T fixat rigid.

Instrumentul de foraj de acest tip se înșurubează în sol ca un tirbușon. În timpul săpării excavației, acesta se prelungește cu tije. Burghiele manuale de pământ se fabrică demontabile pentru a fi cât mai ușor de transportat într-un autoturism. De asemenea, acest lucru permite modificarea lungimii coloanei de foraj cu șnec.

Cu un instrument manual se pot face găuri cu adâncimea de până la 2 metri și diametrul de maximum 20 de centimetri. Există și motoburghie cu acționare pe benzină sau electrică. Construcția lor include un transportor elicoidal, adică un șnec, și un motor cu reductor. Rotirea arborelui motorului asigură mișcarea șnecului.

Cu ajutorul unui instrument acționat, în prezența tijelor de foraj pentru prelungire, se pot fora sonde cu adâncimea de până la 25 de metri. Cu diametrul de până la 30 de centimetri, acesta se utilizează pentru instalarea suporturilor de iluminat stradal, pentru montarea stâlpilor de garduri, a șanțurilor de inspecție a fundației, a bazei de sol.

Forarea sondelor de apă pe teritoriul gospodăriilor private și formarea găurilor de diametru mare pentru fundația pe piloți se efectuează cu instalații portabile de dimensiuni reduse sau cu instalații de foraj pe echipament mobil

Agregatele mobile reprezintă mașini de dimensiuni mici cu motor electric sau pe benzină. Cu ajutorul lor se poate fora rapid un puț pentru casă de vacanță și se pot pregăti un număr mare de gropi pentru suporturi cu diverse scopuri funcționale.

Adesea, astfel de instalații de foraj sunt fabricate sub formă de remorcă pentru autoturisme, pentru a facilita transportul la locul de desfășurare a lucrărilor.

În construcțiile civile și industriale, pentru formarea de excavații de mare adâncime și diametru, se utilizează echipamente speciale cu șnec, montate pe vehicule mobile – camioane, tractoare.

Acesta este utilizat la montarea suporturilor liniilor electrice de înaltă tensiune și a stâlpilor de iluminat public, la instalarea suporturilor pentru gardurile stadioanelor, complexelor sportive, obiectivelor industriale, aerodromurilor. În plus, cu ajutorul instalațiilor de foraj cu șnec pe vehicule mobile se construiesc împrejmuiri de palplanșe pentru gropi de fundație, se montează piloți elicoidali.

Video util pe această temă

Forajul cu șnec al unei puțuri de captare a apei la adâncimea de 20 m pe teritoriul unei gospodării private:

În acest videoclip este prezentată tehnologia de foraj orizontal cu șnec pentru instalarea de utilități sub o autostradă:

Executarea piloților cu șnec continuu de diametru mare cu canal central. Pentru lucrări se utilizează instalația de foraj Bauer BG-30 și o pompă de beton staționară de mare capacitate Liebherr:

Metoda cu șnec asigură viteze ridicate de foraj. Excavarea puțului și evacuarea solului excavat de la talpa lucrării la gura de ieșire se produc simultan și continuu, ceea ce economisește atât timpul și efortul foratorilor, cât și fondurile investite în proiect. De aceea, metoda de foraj cu șnec este populară.

Vă rugăm să lăsați comentarii în formularul bloc de mai jos. Spuneți-ne dacă ați folosit vreodată un instrument manual cu șnec sau ați forat pe o instalație de foraj de dimensiuni mici utilizând un șnec. Împărtășiți subtilitățile tehnologice care ar putea fi utile vizitatorilor site-ului.