Бурение при помощи шнека. Что нужно знать?

Основа данного процесса дошла до нас практически в первостепенном виде, претерпевая лишь незначительные изменения. Рассмотрим горизонтальное шнековое бурение подробнее, поговорим о его преимуществах и необходимом оборудовании.

Квалифицированные строители сразу же отметят, что для бурения скважины, чаще всего используют навесной гидравлический бур, и будут совершенно правы. Такой способ оправдан за счет своей скорости, относительно простой технологии и минимальных затратах на оборудование.

К данному оборудованию прибегают, если необходимо пробурить скважину глубиной до 20 метров. При этом используется небольшой по ширине буровой шнек (до 1,5 метров).

Если говорить непосредственно о том, где применяется шнековый бур, то можно отметить следующее:

• Анализ проб грунтов;
• Монтаж опор линий электропередачи;
• Установка столбов для различных разновидностей ограждений;
• Подготовка места под монтаж свай;
• Пересадка крупных деревьев и т.д.

Если рассматривать грунты по классификации Протодьяконова, то шнековое бурение, чаще используется в 3-10 категории. При этом, твердые грунты требуют наличия высококачественного оборудования и должной квалификации оператора установки.

Среди разновидностей шнекового бурения, можно выделить 2 наиболее популярные:

• Рейсовое;
• Поточное.

Расскажем о них подробнее.

В данном случае, для выхода на нужную глубину шнек наращивается штанговыми удлинителями. Бур заходит на глубину витков и поднимается, как только витковая часть заполняется породой. Грунт отбрасывается в сторону от скважины, и бур вновь погружается в скважину.

Таким образом, все будет продолжаться до момента, пока бур не достигнет необходимой глубины. Эффективность рейсового бурения напрямую связана с длиной винтовой части бура. Однако важно помнить, что с ростом диаметра бура, пропорционально возрастает и нагрузка на технику, так как увеличивается объем и масса извлекаемого грунта.

По причине того, что сам бур с удлинителями тоже имеет весьма внушительную массу, на базовую машину возлагается серьезная нагрузка, которую она не всегда способна вынести. Впрочем, в некоторых моделях навесных установок для бурения, данная проблема решена за счет особой конструкции, где количество витков варьируется в зависимости от диаметра и объема грунта, который следует извлечь.

При данном способе, порода извлекается из забоя безостановочно на всей глубине скважины. Такой подход отличается куда большей эффективностью, так как нет необходимости регулярно извлекать бур с грунтом, а он сам движется по всей длине к поверхности скважины.

Все это обеспечивается соединением последнего витка шнека с первым витком удлинителя. Получается, что-то внешне напоминающее колонну. Она вращается и направляет грунт прямиком на поверхность.

Для выбора оптимального метода бурения, необходимо в первую очередь внимательно оценить поставленные задачи, в том числе глубину планируемой скважины. Если ее размер от 5 до 10 метров, то имеет смысл выбрать рейсовое бурение. Если же глубина более 10 метров, то лучше остановиться на поточном бурении. Помните, что винтовые колонны более эффективны, но при этом стоят значительно дороже шнеков с удлинителями-штангами.

В отдельных случаях необходимо использовать исключительно поточное бурение. К примеру, когда скважина должна быть максимально ровной по глубине и диаметру.

Слово «шнек», пришло к нам из немецкого языка. В нем оно означает спираль, улитку и тому подобные вещи. Представляет же он собой стержень, по оси которого расположены спиральные витки. Именно с их помощью осуществляется транспортировка сыпучих материалов.

В нижней части бурового шнека, располагается режущая часть, в задачу которой входит вклинивание в грунт или каменистую породу. Последняя сразу же начинает подниматься наверх. Это и есть главный принцип шнекового бурения.

Шнековый бур контактирует с грунтом неравномерно по всей скважине. Наиболее сильно давление приходится на зубья, которые с большой силой вдавливаются в породу. Если говорить о мелкокаменистом грунте (от 0 до 10%), то зубья контактируют с грунтом и срезают его послойно. После этого, порода отправляется к поверхности скважины. По классификации Протодьяконова, такие грунты относятся к V-X категории.

В случае с I-IVa категорией, уже необходимо использовать скальные зубья, так как порода достаточно крепкая. Скальные зубья под жестким давлением перемалывают породу и все также поднимают ее по ребордам к поверхности скважины. Но здесь имеется одна интересная особенность: из-за разницы коэффициентов трения получается так, что поднимаемая вверх измельченная порода, дополнительно укрепляет стенки скважины.

Коэффициент трения о сталь бура значительно ниже, чем о грунт. По этой причине, порода начинает подниматься в первую очередь по центральной части бура, а уже затем по границе с грунтом. Происходит уплотнение породы и стенок. Увеличивающаяся из-за трения температура, передается самому грунту.

При шнековом бурении, важно соблюдать баланс. Если количество поднимаемой породы будет маленьким, то в значительной мере снизится КПД, если слишком большим, то будет быстро забиваться пространство между витками. Это, в свою очередь, неизменно приведет к остановке движения бура. Современные буры для шнекового бурения изготавливаются таким образом, чтобы производительность шнекового транспортера была сопоставима или несколько выше режущего элемента.

Подъем грунта или скальной породы наверх, осуществляется при помощи шнекового транспортера, при этом угол линии спираль должен быть меньше величины трения о поверхность реборды. Таким принципом и руководствуются современные производители бурового оборудования. Теперь несколько слов о людях, внесших неоценимый вклад в развитие горного дела.

Родился 4 октября 1874 года в Оренбурге. В 1893 году поступил на математическое отделение физико-математического факультета Петербургского университета. Однако позднее был переведен в Петербургский горный институт. Неоднократно подвергался арестам из-за своих политических убеждений. В 1908 году защитил диссертацию на тему «Давление горных пород на рудничную крепь». Вплоть до своей смерти в 1930 году вел активную научную деятельность. Является создателем шкалы коэффициента крепости горных пород, которая сегодня активно используется и за пределами постсоветского пространства.

Помимо основных элементов устройства, необходимо изготовить еще и множество самых различных комплектующих. Поэтому процесс производства можно без преувеличения назвать непрерывным. После формирования основания, начинают создаваться и устанавливаться:

• Реборды;
• Режущая кромка;
• Держатели для зубьев;
• Зубья;
• Забурник;
• Хаб.

Элементы надежно свариваются при помощи редуктора, и на выходе получается законченное изделие. На современном производстве используется лазерное оборудование для тщательного контроля качества изделий. Так удается выявлять даже малейшие отклонения и реализовывать продукцию без брака.

После того, как изделие сформировано, его направляют в, так называемый, дробомет. Здесь изделие бомбардируется дробью со скоростью до 1 тонны в минуту. Делается это для того, чтобы снять с изделия окалину. После этого осуществляют чистовую механическую обработку и снова используют дробомет. Теперь на шнек можно нанести антикоррозийное покрытие и подсушить. Это позволит служить ему намного дольше.

На финальном этапе остается только надежно закрепить режущие элементы (зубья) и проверить качество изделия. Оба процесса достаточно простые, ведь освобождены от человеческого фактора.

Стоит отметить, что еще несколько лет назад замена поврежденных в процессе работы зубьев была весьма затруднительна. Однако технологии и патенты не стоят на месте. Теперь установить новые режущие элементы можно самостоятельно в полевых условиях. Это снижает время простоя и эффективно сказывается на процессе бурения. К каждому сертифицированному шнековому буру, обязательно прилагается инструкция по использованию оборудования и замене элементов. Кроме того, всегда можно запросить помощь у производителя или компании, занимающейся реализацией данного оборудования.

Довольно-таки часто можно встретить шнековые буры кустарного производства. Они обладают рядом недостатков:

• Низкий КПД;
• Быстро выходят из строя;
• Могут создавать опасность. В них редко до мелочей соблюдается геометрия, поэтому может возникнуть избыточный момент сопротивления. Это в свою очередь негативно скажется на работе оборудования и к быстрому выходу из строя зубьев.

Кроме того, кустарные буры сильнее расходуют топливо и перегревают всю систему, выводя из строя редуктор и гидравлическую систему базовой машины.

В качестве простого примера для понимания можно привести сверло. Известно, что профессиональные сверла отлично заходят в поверхность, чего нельзя сказать о дешевых и менее качественных разновидностях, которые то и дело ломаются.

При этом оригинальные сверла и их дешевые аналоги могут выглядеть практически идентично, и только специалист сможет определить разницу. Попробовав сэкономить, можно получить не самый лучший результат, и существенно потратиться на дешевые расходники, которые то и дело придется менять.

В случае же не со сверлом, а с буровым шнеком, можно вообще испортить работу и понести солидные убытки. Поэтому рекомендуется использовать сертифицированное оборудование от известных мировых и отечественных производителей. Кроме того, использование неоригинального шнека однозначно лишит вас гарантии на гидравлический бур.

Бурение скважины – весьма непростой процесс, к которому нужно отнестись со всей серьезностью. Разумеется, если вы рассчитываете на качественный результат.