Ударно-канатное бурение — это распространенный метод создания вертикальных желобов и скважин различного диаметра. Способ работы прост: есть тяжелый рабочий элемент, который продалбливает отверстие в земле, раз за разом приземляясь на нее с определенной высоты в контролируемом свободном падении. Чтобы поднимать сердечник, используют механизм подъема с помощью лебедки и каната, который она натягивает. Простота технологии позволяет находить УКБ полезным во многих сферах и при разных условиях. Давайте выясним, как и для чего применяют ударно-канатное бурение.

Принцип работы ударно-канатного бурения

Принцип работы буровой установки ударно-канатного типа несложный, и заключен уже в названии. Вся рабочая конструкция состоит из трех основных частей:

• опорная рама или шасси строительной техники для удержания;
• ударный механизм, который опускается внутрь отверстия;
• лебедка из блоков и канатов, соединяющая предыдущие две части.

В качестве наконечника обычно используют долото разных форм или полый стакан. Вне зависимости от вида, он сбрасывается с высоты в свободное падение и проделывает углубление за счет острой формы и большой массы. Чтобы поднять бур, может применяться механическая сила человека (в ручных экземплярах устройств) или двигатель, работающий на электричестве или дизеле.

В процессе углубления в почву возникает необходимость извлекать отходы. Поэтому выбуренную породу поднимают на поверхность. Для таких целей используются разные методики, включая подачу сжатого воздуха. Для мягких и сыпучих грунтов применяют полую желонку, внутри которой земля может свободно перемещаться наверх.

Скорость прохождения буром грунтов зависит от жесткости почвы, наличия твердых препятствий и состояния грунта. Существуют станки разной формы, помогающие дробить крупные камни или отодвигать в сторону более мелкие. Также при необходимости можно смачивать землю водой, чтобы буру с ней было проще работать.

Оборудование для УКБ

Есть несколько типов оборудования для бурения скважин ударно-канатным методом. Три основных из них:

• ручные устройства;
• передвижные легкие;
• передвижные тяжелые.

У каждого схожий принцип работы, но при этом разные виды предназначаются для различных задач.

Ручные установки

Главное преимущество установок, которыми можно управлять вручную, — небольшие размеры и легкость, что позволяет довольно мобильно пользоваться оборудованием. У большинства моделей присутствует мотор, поэтому процесс проделывания отверстий гораздо проще, чем с механическими аналогами.

Для ручных моделей бурового оборудования можно выделить следующие параметры:

• компактные размеры;
• сфера применения — сверление скважин для питьевой воды и некоторые другие работы в строительстве;
• общая масса устройства с компонентами весит в пределах 50-200 кг в зависимости от модели.

Вес и маленькие габариты позволяют установкам ручного типа довольно гибко использоваться в любых условиях. Особенно удобно с ними обращаться, когда требуется бур в помещении.

Легкие самоходные установки

Такое оборудование уже нельзя поднять, поэтому в качестве передвижной базы для них используют грузовики. Таким образом, агрегат транспортируется до места работы. Шасси авто будут полезны не только для перемещения устройства, но и как платформа для стационарной работы.

Особенности легких установок:

• их просто перемещать;
• показывают высокие значения производительности;
• весят от 400 кг до 1 тонны.

Из-за того, что эти машины для бурения можно с легкостью перегонять с точки на точку, они востребованы среди достаточно широкой аудитории. Услугами легких самоходных буров одинаково часто пользуются владельцы частных домов в строительстве участка и крупные промышленные предприятия.

Тяжелые самоходные установки

Общая черта у техники данного типа с легкими установками — корпус грузового автомобиля используется как база. Главным же различием является степень интегрированности. Если у легких буров транспорт выступает только как место крепления, то тяжелые полноценно встроены в общий комплекс для бурения с широким функционалом управления процессами изнутри самого грузовика.

Технологии оборудования такого калибра позволит вам создавать скважины большой глубины и диаметра. Также несомненный плюс в автономности: вам нет необходимости использовать дополнительные средства, ведь тяжелая установка уже включает оборудование для всех стадий ударно-канатного бурения.

Инструментарий

В процессе бурения скважин установки используют широкий набор инструментов, способных совершать поступательные и вращательные движения внутри скважины. Главный «орган», которым пробиваются сквозь почву — долото. Также в бурении принимает участие желонка, которой поднимают вырытую землю. Другие детали:

• канат и замок для него;
• хомуты;
• трещотки для затягивания;
• штанга;
• ключи гаечные;
• ножницы.

В зависимости от типа устройства, набор этих инструментов может меняться. Также различными бывают габариты данных приборов.

Виды ударно-канатного бурения

Как в строительстве, так и при поднятии водоносных слоев в ударно-канатном бурении применяются разные методики. Какую конкретно из них использовать, зависит от условий почвы и параметров бурения.

Первая разновидность — УКБ сплошным забоем. Этот способ часто используется при создании водоносных скважин или при взятии образцов почвы на наличие в составе полезных ископаемых. Сплошным забоем делаются наиболее глубокие вертикальные отверстия в земле. Средняя глубина составляет 50-100 м, а максимальная доходит до 350 м. Скважина создается диаметром до 800-900 мм.

Суть технологии — в частотном обрушении на место бурения цельного долота, соединенного с ударной штангой и канатным замком. Частота ударов в сплошном забое держится в пределах 40-60 в минуту. Масса ударной части может достигать 3 тонн в больших установках. Высота подъема редко превышает 1 м. В процессе работники могут добавлять в почву воду, если она сухая.

Второй вид УКБ — кольцевым забоем. Его применяют в строительстве и при геодезических исследованиях. Здесь масштабы поменьше, чем у предыдущего способа: диаметр скважин обычно не больше 300 мм, а глубина — до 30 м. Вместо долота в кольцевом методе применяют забивной стакан. Его сбрасывают на почву, после чего достают вместе с частью отходов. Глубина вхождения стакана равна 10-20 см, а масса всей ударной части с утяжеляющими штангами доходит до 500 кг.

Последний метод — двойные концентрические бурильные трубы. Они могут сделать скважину глубиной не более 30 м, при этом диаметр доходит до 500 мм. Наиболее частая область применения — строительство и промышленность. Чтобы вбить концентрические трубы в грунт, применяют дизельный молот. На конце инструмента надет кольцевой башмак с твердыми резцами из закаленного металла, которым установка впивается в почву. При этом устройство не вынимается из отверстия. Почву поднимают наверх силой воздушного напора, создаваемого между малой и большой трубой. С двойными бурильными трубами можно добиться скорости продвижения до 30 м/ч.

Преимущества и недостатки УКБ

Ударно-канатное бурение — не единственный и не универсальный способ проделывать скважины в земле. Потому что он имеет разные стороны: как положительные, так и отрицательные. Сначала рассмотрим преимущества:

1. Чтобы вскрыть водоносный горизонт, можно не применять раствор из глины.
2. В процессе УКБ можно создавать разнообразные конструкции для качки воды в различных местах почвы, в том числе нестабильных грунтах, таких как галечниково-валунные слои. А также тех, которые имеют высокую гигроскопичность — с повышенным содержанием влаги, впитанной из окружения. Например, роторный бур не смог бы проводить операции в такой среде, не нарушая целостность.
3. У водных горизонтов в процессе бурения таким устройством не нарушается количественно-качественный состав.
4. При условии использования обсадной конструкции стабильность скважины значительно повышается, что не дает ей разрушаться по мере продвижения долота.
5. Гидробур может раскрывать безнапорные и слабонапорные водяные горизонты.
6. В исходном бурении применяются рабочие сердечники диаметром от 50 см.

Существуют и минусы ударно-канатного бурения:

1. Невозможность пробивать снарядом почву под непрямыми углами, так как технология подразумевает использование свободного падения. Это вынуждает задействовать другие типы буровых установок в местах, где необходимо создать диагональный или горизонтальный участок желоба.
2. Скорость прокладывания отверстий довольно медленная, особенно, если сравнивать с вращательной технологией.
3. На создание скважины уходит много обсадных труб.
4. Крайне сложно работать с крепкими породами, даже несмотря на наличие утяжеления и особых дробильных сердечников округлого типа.
5. Артезианская скважина может проделываться на глубину, не превышающую 100-150 м.

Даже при наличии недостатков УКБ продолжает пользоваться популярностью в промышленности, сельском хозяйстве и для частных домовладельцев. Ведь организовать рабочие процессы просто: здесь не нужно иметь сложную технику и редкое оборудование, а чтобы руководить бурением, не требуется много людей. Установить конструкцию малых габаритов можно на любом дачном участке, а стоимость такой услуги относительно невысока.

УКБ в различных отраслях

Самая распространенная сфера применения ударно-канатной технологии бурения — создание скважин и желонок для выкачки воды. Данный способ бурения дает возможность эффективно вскрывать водоносный горизонт разного качества: слабонапорного и безнапорного. При этом не используется глинистый раствор.

Как показывает практика, УКБ не всегда демонстрирует себя, как лучший способ в сельском хозяйстве, ведь в доле данного рынка он составляет не больше 15%. Поэтому чаще всего бурение на воду проводится для скважин с диапазоном глубин 100-150 м. На режим работы канатных установок влияют несколько показателей:

• тип долота;
• требуемое количество ударов;
• вес рабочего инструмента;
• размер навески;
• высота, на которую поднимают ударный механизм.

В бурении водоносных слоев грунта применяются снаряды различной массы в зависимости от почвы. Для мягкой породы берется вес до 30 кг на сантиметр лезвия, а чтобы справиться с твердой — 50-70 кг из расчета на 1 см. Твердостью грунта определяется и скорость, с которой работает установка. Обычно частота колеблется в пределах 30-60 ударов иглы за минуту. Чем мягче порода, тем чаще наносятся удары.

Бурение в условиях плавунов и песка

В таких нестабильных породах процесс УКБ обычно использует желонки, у которых обсадка одновременная или даже опережающая. При этом диаметр обсадной колонны берется на 80-100 мм больше, чем желонка. Это вынужденная мера, чтобы не допустить прихват последней. Также зазор в диаметре не дает желонке выйти из-под башмака на полную протяженность. Частота ударов для бурения в песчаных условиях довольно небольшая: около 30 в минуту. Высота подъема тоже маленькая — лишь 1 м.

Примечательно, что есть способ поднять производительность бурения в такой почве. Для этого вязкая глина подбрасывается в скважину вместе с водой, а рабочий инструмент утяжеляется с помощью ударной штанги. Один из факторов риска — образование пробок в песке. Чтобы не допустить их, требуется стабильная и непрерывная работа.

Чтобы пробурить землю с помощью УКБ около плавунов, тоже часто подают с помощью трубы раствор глины с водой, потому что среда имеет повышенное пластовое давление. Упор башмаком при этом делается на твердую почву. В районе плавунов запрещено менять диаметр долота, чтобы рабочий инструмент не прихватило окружающим материалом.

Валунные отложения

Бурить валунные отложения — одна из сложнейших задач. Настолько, что работники часто принимают решение сменить место прокладывания скважины, если встречают крупное препятствие на относительно небольшой глубине. Бороться с такой проблемой помогают особые утяжеленные наконечники округляющего типа. Есть также пирамидальный вид долота, способный в процессе забуривания сдвигать в сторону мелкие валуны.

Из-за валунов существуют риски, что ствол скважины искривится, и стенки станут нестабильными. Избежать деформации можно, насыпав крепкий щебень на забой. Высота, с которой снаряд сбрасывают на валунные отложения, превышает 1 м. А частота ударов составляет 40 в минуту.

Различия в бурении пород мягкой, средней и высокой крепости

Если почва на участке имеет среднюю твердость или ниже, в ударно-канатном бурении используют такие инструменты, как долото, желонку с утяжелением или стакан. Скважину необходимо очищать от отходных материалов по прохождении каждого метра при средней крепости и каждые 2 м — при мягкой. Ударную часть поднимают на высоту, не больше рекомендованной для таких почв. А в случае потребности в яму подливают воду.

С крепкими породами, как и валунами, лучше всего справляться округляющим долотом. Чистить скважину требуется, углубляясь на каждые 50 см. Отдельно следует упомянуть закарстованные породы. Они требуют особой техники дробления с малой высотой подъема до 50 см и при высокой частоте до удара в секунду.

Этапы работ в ударно-канатном бурении

Первый этап работ в УКБ не связан непосредственно с бурением. Первоначально требуется провести геодезическую разведку местности. Она делается в несколько шагов:

1. Учесть ближайшие водоемы, такие как реки, озера, пруды и водохранилища. Рассчитать близость к ним. Также учесть другие особенности ландшафта.
2. Изучение чертежа местности и другой документации, которую можно взять у геодезической станции.
3. Применить биолокацию для определения точки бурения (если цель — поднятие водоносного слоя, а не строительство).

Далее нужно согласовать работы с местными властями. Если глубина бурения под землю превышает 30 м, необходимо получить документальное разрешение на УКБ. После этого можно начинать переходить к забою и другим процессам:

1. Сначала занимаются обустройством местности, чтобы можно было установить необходимое оборудование. Если используется ручная или малая мобильная установка, будет достаточно нескольких квадратных метров.
2. Далее осуществляют первое вхождение бурила в почву на глубину 1,5 м.
3. Извлечение отработанной земли.
4. Как только отметка достигнута, инструмент поднимается, а в отверстие вставляют обсадную трубу.
5. Затем наконечник меняют на буровой стакан и начинают наносить им удары с заданной частотой.
6. Подъем и очистка инструмента по прохождении очередной отметки вглубь земли.

Последние шаги вместе с добавлением обсадки продолжаются до тех пор, пока устройство УКБ не достигнет проектной глубины, и водяная либо производственная скважина будет готова к использованию.

Как видим, при всей своей простоте УКБ — довольно ответственный процесс, требующий постоянного контроля и комплексной оценки ситуации на всех этапах. Сначала производится разведка местности и установление типа почвы. Затем — установка оборудования и выбор рабочего инструмента. Также нужно определиться с параметрами бурения, такими как диаметр, высота подъема, частота использование утяжелений и прочее. Метод ударно-канатного бурения имеет плюсы и минусы, но в конечном итоге позволяет создавать отверстия и скважины по всему миру в различных условиях почвы.