Довольно многим собственникам индивидуальных домов в удаленных от крупных населенных пунктов местах приходится самостоятельно решать задачу обеспечения водой своего жилья. При этом самый популярный способ водозабора — скважина на воду, которую нередко бурят своими руками.
Перед тем, как приступить к буровым работам, выбирают подходящую технологию в зависимости от финансовых возможностей хозяина и требуемых водных объемов. Стоит отметить, что вид выбранного скважинного источника напрямую связан с его обвязкой, используемым оборудованием для подъема и внутридомового потребления воды.
Рис. 1 Разновидности водозаборных сооружений
Виды и конструктивное устройство бытовых скважин
Технология бурения скважин и получения из них воды связана с геологическим устройством земной коры.
Если рассматривать структуру грунта в разрезе, то под верхним слоем на глубине 5 — 10 м находится верховодка. Это водный бассейн, который запитывается на счет проникновения через землю осадков и удерживается глинистым водоупором. Вода в верховодке при заборе обычно замутнена песчано-глинистыми фракциями и ей нужна фильтрация. Для ее подъема, помимо колодца, используют неглубокие абиссинские скважины, буримые по различным технологиям.
Далее, в зависимости от количества водоупорных глинистых слоев, до глубин примерно 70 м между пластами следуют горизонты с грунтовыми водами. Водяная среда в них представляет смесь глины с песком и обязательно нуждается в скважинной фильтрации. Для подъема водных ресурсов бурят скважины на песке.
Примерно на глубине около 100 м в земной коре находится водоупорный пласт известняка. Благодаря его высокой твердости и плотности, отсутствии песчано-глинистых фракций, располагаемый над ним водный бассейн отличается высокой степенью чистоты.
Питьевая вода из артезианок не нуждается в скважинной фильтрации, зато практически всегда ей нужна дальнейшая очистка от солей, железа, сероводорода. Специально для глубинных водных источников бурят артезианские скважины.
Рис. 2 Обсадные колонны скважин на песке и артезианки
Исходя из глубины залегания скважин рассматривают их следующие конструктивные исполнения:
Абиссинки. Так как верховодки располагаются на глубинах не более 10 м, для их подъема используют поверхностные насосы или насосные станции. Их всасывающий рукав диаметром не более 1 1/2 дюйма (40 мм, обычно этот показатель не превышает 1 1/4 дюйма (32 мм)) не требует обсадной колонны большого сечения.
Поэтому в абиссинскую скважину на воду погружают трубопровод из полиэтилена низкого давления (ПНД) или вбивают колонну из металлических труб небольшого диаметра. На придонном конце полимерного и стального трубопроводов делают ряд отверстий для фильтрации и обматывают их сеткой. Выход обсадной колонны через ряд фитингов и фасонных элементов непосредственно подключают ко входу поверхностного электронасоса или насосной станции.
Скважины на песке. Для водозабора из скважин на песке используют погружные электронасосы, стандартный размер которых в окружности около 4 дюймов (100 мм). Поэтому в качестве обсадной колонны чаще используют полимерные трубы из непластифицированного поливинилхлорида (НПВХ) наружным диаметром 125 мм или стальные аналогичных размеров.
Обсадную колонну погружают в землю, стыкуя трубы посредством резьбового соединения, металл помимо резьбы иногда сваривают, но эта технология встречается довольно редко. На конце обсадки также делают дырчатый или щелевой фильтр, которой закрывают сеткой. Над обсадной трубой помещают оголовок или крышку, если используют адаптерное подключение глубинного электронасоса.
Скважины с оголовком обычно прячут в кессонные колодцы для защиты источника от промерзания в зимнее время, размещения в них оборудования, трубной сливной разводки и организации летнего поливочного водопровода.
Артезианки. Из-за высокой глубины залегания обсадку артезианок часто делают из стальных труб, обладающих более высокими прочностными характеристиками и коррозионной стойкостью (марка стали Ст20), чем обычные низкоуглеродистые сплавы (Ст3, Ст5).
Трубы соединяют посредством резьбы, внизу делают дырчатый фильтр, который в основном обеспечивает поступление в скважинный канал водных ресурсов и в меньшей степени фильтрацию.
Обвязку артезианок производят по аналогии с песчаными скважинами — глубинный насос подсоединяют к оголовку в кессоне или через адаптер в боковой стенке обсадки.
Рис. 3 Варианты обвязки скважин
Критерии выбора скважин
Тип скважинного источника, который планируют бурить на участке, в первую очередь определяется потребностями в воде. Всех потребителей можно разбить по водопотреблению на следующие категории:
Дачники с периодическим проживанием. Обычно хозяева дач проживают или временно находятся на них в весенне-летний период и осенью при сборе урожая. Вода с участка в основном нужна для полива огородов и хозяйственных нужд. На дачах нет смысла утеплять водный источник в зимнее время, делать кессонные колодцы, использовать дорогостоящее оборудование из-за высоких рисков вандализма и хищений.
Поэтому на дачных участках бурят неглубокие абиссинские скважины, для водозабора используют легкосъемные поверхностные электронасосы.
Так как верховодки, из которых происходит водозабор, обычно обладают невысоким дебитом, нередко использование на дачах наружной или внутридомовой накопительных емкостей.
Иногда на абиссинку, сделанную из стальных труб, устанавливают ручной поршневой насос, способный функционировать в отсутствие электроэнергии. Параллельно с ним можно использовать и электрический водовсасывающий поверхностный агрегат, подключенный через тройниковое ответвление.
Рис. 4 Схема организации водозабора из абиссинок с поршневым ручным насосом и насосной станцией
Это интересно! Канализация на даче – варианты, схемы устройства и монтаж
Дома с постоянным проживанием. Для хозяев, постоянно проживающих в домах, или имеющих хорошую защиту от проникновения во время их отсутствия, подходит любой вид скважинного водообеспечения со следующими нюансами:
От абиссинок. Для постоянного водоснабжения от абиссинских источников скважина на воду своими руками бурится как можно ближе к дому, иногда и в самом здании. Если скважина для воды находится снаружи, водопровод прокладывают под землей, водные ресурсы поднимают поверхностным электронасосом или насосной станцией, расположенными в кессонном колодце или доме.
Часто дебита абиссинок не хватает для обеспечения водой семьи из нескольких человек. В этом случае используют накопительную емкость, которую обычно устанавливают внизу на цокольном этаже или в подвале. Другие варианты размещения накопительного резервуара на улице, чердаке или под землей менее популярны и более сложны в технической реализации.
Рис. 5 Схема водоснабжения с накопительной емкостью для малодебитных скважин
От скважин на песке. Данные скважины предназначены для бесперебойного обеспечения водой семьи из нескольких человек. При водозаборе в них опускают глубинный электронасос, а в кессоне размещают гидроаккумулятор, реле давления и холостого хода, манометр. Многие хозяева указанное оборудование ставят в доме, это делают всегда при адаптерном подключении электронасоса.
Читайте также: Автоматика для скважины: основные виды, принцип работы и схемы подключения
Поднятые водные ресурсы сразу поступают во внутренний водопровод — такая схема водоснабжения называется гидроаккумуляторной.
От артезианок. Если вода хорошего качества не была обнаружена на относительно малых расстояниях от поверхности земли, производят глубинное бурение до артезианских бассейнов. Следует заметить, что это очень дорогое и хлопотное удовольствие из-за необходимости составления ряда разрешительных документов на использование стратегических, то есть артезианских водных ресурсов.
По дебиту артезианки многократно превосходят все источники и способны обеспечить водой несколько домов и даже маленькие поселки, для водозабора из них используют мощные глубинные электронасосы. Обвязка артезианок аналогична скважинам на песке — подключение электронасоса может производиться как в кессонном колодце, так и через адаптерный узел.
Схема водоснабжения от артезианских скважин – всегда гидроаккумуляторная без каких-либо исключений.
Рис. 6 Схема водоснабжения с погружным насосом и гидроаккумулятором
Скважина на воду — методы самостоятельного бурения
Итак, из рассмотренных видов скважин понятно, что самостоятельно ручным методом можно пробурить шахту до верховодки глубиной не более 10 м или до следующего водоупорного пласта с грунтовыми водами в среднем на 30 м.
При использовании электрических механизмов скважина под воду своими руками может быть существенно глубже, однако такой способ бурения требует, как правило, применения буровой установки. Смонтированная собственноручно малогабаритная буровая привлечет вложение значительных финансовых средств, поэтому неэффективна для разового бурения на индивидуальном участке.
Также эффективность выбираемой технологии ручного бурения и соответственно принятие решения, какими бурами осуществлять проходку, напрямую связаны с составом грунта на участке. Поэтому перед буровыми работами важно произвести если не геологическую разведку, то сбор нужной информации у соседей, в буровых и геологоразведочных организациях, поиск необходимых данных из различных информационных источников.
Рис. 7 Шнековые буры
Шнековое
Шнек представляет собой спираль из металлической пластины, навитой на заостренную пику. При вращении бур вгрызается в грунт, а порода размещается и удерживается между пластинками. При подъеме шнека застрявшая земля выбрасывается на поверхность. В других конструкциях шнековый бур состоит из одного или пары спиральных витков, а почва при проходке остается над ними и извлекается по аналогии с вычерпыванием.
Шнековое бурение — один из наиболее популярных видов проходки в силу своей простоты и высокой производительности в сравнении с другими ручными технологиями.
Для увеличения глубины погружения шнека используют штанги, которые соединяют друг с другом на замки со шпильками или болтами, при помощи резьбы или иным способом. В торговой сети реализуют готовые комплекты для шнекового бурения со штангами круглого, прямоугольного сечения, буром и Т-образной ручкой. Их средняя стоимость около 5000 руб.
При вращении шнека, особенно для его извлечения, требуется приложение значительных физических усилий, что ограничивает область его ручного применения глубиной до 10 м. Также шнек хорошо работает в глинистых грунтах и суглинках, для гравийных пород и супесей с высоким содержанием песка (до 90 %) этот бур из-за осыпания не слишком эффективен.
Скорость ручного бурения шнеком относительно невелика, на проходку расстояния в 10 м в зависимости от состава грунта может понадобиться 2 — 3 дня и помощь второго работника. Также при шнековом бурении затруднена или практически невозможна проходка скальных пород. В этом случае для их разрушения используют буры-долото со специальной формой рабочей головки.
Рис. 8 Буровой комплект и пример ручного бурения шнеком
Ложковое
Технология ложкового бурения состоит в вычерпывании грунта специальным приспособлением цилиндрической формы с продольной выемкой в боковой стенке. Кромку цилиндра, которой срезают грунт при углублении, заостряют, дно закрывают для удержания срезанной породы.
При изготовлении ложкового бура отрезок цилиндрической трубы приваривают к штанге, после чего ее соединяют с Т-образной ручкой и затем удлиняют дополнительными фрагментами. Так как ложковый бур имеет довольно высокую массу, а большая площадь цилиндрической трубы — высокое трение о стенки прорезаемого канала, средняя глубина проходки ложкой не превышает 5 м. Скорость проходки ложкой также невелика и в зависимости от состава грунта составляет 2 — 3 дня на 5 м глубины.
Ложка хорошо работает в супесях и гравии, при прохождении глинистых пород она испытывает слишком большое сопротивление из-за трения о плотные стенки шахты. Если шнековый бур для прохождения скальных пород можно усилить наваркой твердосплавных фрагментов из напильников или токарных резцов, то ложкой пройти даже минимальной толщины скальную породу практически невозможно.
В итоге ложковое бурение из-за низкой производительности и соответственно редкого применения можно отнести скорее к эксклюзивным методам.
Существует неплохой по эффективности способ ложкового бурения для прохождения глинистых пород. Буровая насадка со штангой в этом случае представляет собой отрезок трубы определенного диаметра с заостренной нижней кромкой. При вращении цилиндрической насадки в канале глина попадает внутрь трубы и удерживается на стенках за счет собственной вязкости, после чего извлекается наружу.
Рис. 9 Ложковые буры
Ударно-канатное
Технологию ударно-канатного бурения относят к промышленной. Ее принцип основан на резком опускании с большой высоты в шахту массивного бурового снаряда цилиндрической формы. При падении снаряд захватывает грунт, а после подъема на поверхность его высыпают.
В бытовом хозяйстве заменой промышленного земснаряда служит желонка, вырезанная из отрезка цилиндрической трубы. Обычно ее длина составляет 1 — 1,5 метра, на торце для захвата грунта делают обратный клапан в виде заслонки или шара. Скорость бурения скважинного канала желонкой, пожалуй, ниже, чем у выше рассмотренных методов. Ее основные преимущества — возможность проходить грунты с плывунами за счет герметичного удержания грязи внутри трубы.
Также ударно-канатном способом с использованием желонки можно проходить скальные породы. Для этого с большой высоты вместо желонки сбрасывают массивное долото, которое разбивает камни.
Для подъема желонки всегда используют ручную или механическую лебедку, поэтому бурение потребует сооружения некоторой конструкции (треноги) для удержания подъемного механизма.
Рис. 10 Схема применения желонок и их конструкция
Иглопробивное
Одна из широко используемых технологий для бурения скважинного канала на глубину до 10 м — применение забивных обсадных колонн с иглами.
Читайте также: Паяльник для полипропиленовых труб — виды, особенности, цены
Перед проведением буровых работ готовят трубу-иглу, при помощи которой будут осуществлять проходку. На ее торец напаивают заостренный конусный наконечник или пику.
Для забивания трубы используют специальную насадку, по которой ударяют тяжелой кувалдой. Некоторые используют груз, поднимаемый и отпускаемый на тросе, что значительно увеличивает прилагаемое усилие.
Для соединения труб в колонне применяют резьбовые муфты или сварку. При втором методе проходки стальная колонна навсегда остается в шахте, поэтому в проходной трубе с иглой заранее сверлят отверстия под фильтр. Часто на фильтр крепят металлическую сетку, делая размер иглы в окружности немного больше диаметра труб обсадки. Обычно колонну на резьбе также не разбирают и оставляют в земле, хотя существуют и иные редко используемые варианты с ее подъемом.
Особенность подобной забивной скважины-иглы — возможность монтажа непосредственно на торец верхней обсадной трубы ручного поршневого насоса. Также к ней для создания водных запасов часто подключают поверхностный насос или станцию.
Следует отметить, что ряд коммерческих фирм изготавливают на своих производствах готовые комплекты для бурения скважин-игл абиссинок. Их трубы выпускают из высокоуглеродистых сталей марки Ст20, иногда покрытых оцинковкой, или из нержавейки.
Забивным способом удобнее всего проходить рыхлые песчаные и галечные грунты. При ударах острой пикой есть высокая вероятность разбивания попавшихся на ее пути камней, которые невозможно пройти шнековым или ложковым бурением.
Рис. 11 Комплекты штанг и фильтры для бурения забивным методом
Гидравлическое
В гидравлическом бурении для проходки используют водный поток, который направляют в зону расположения бура по полым трубам. Для этого используют трубную насадку, к которой по шлангу подводят воду от электронасоса. Сами удлиняющие штанги соединяют друг с другом на резьбу посредством муфт и вращают вручную при помощи закрепленных на трубной оболочке приспособлений.
Воду ради экономии ресурсов заставляют циркулировать по замкнутому контуру. Она выливается из скважинной шахты по прорытой канавке в приямок, после отстаивания переливом поступает во вторую ямку, откуда дренажным электронасосом по напорному рукаву подается в буровую колонну.
Технология гидравлического бурения отличается наивысшей скоростью проходки. За один-два дня можно пробурить скважину глубиной около 30 м, что является пределом при проведении буровых работ вручную.
Понятно, что если на пути бура встретятся крупные камни, работы придется остановить.
Рис. 12 Этапы гидравлического бурения абиссинских скважин своими руками
После формирования скважинной шахты буровые штанги извлекает на поверхность и развинчивают.
В качестве обсадной колонны используют отрезок ПНД трубопровода обычно наружным диаметром 32 мм, который погружают в скважинный канал. Предварительно на трубном участке длиной 1 — 2 м и на расстоянии около 0,5 м от торца делают ряд отверстий и обматывают их сеткой, получая таким методом фильтр. Трубный торец запаивают или вбивают в него деревянную заглушку.
Вверху ПНД-трубу обсадки обрезают и подключают непосредственно к поверхностному электронасосу (насосной станции).
Стоит отметить, что при работе электронасоса дополнительно происходит всасывание воды за счет вакуумного разряжения в закрытом ПНД-трубопроводе обсадки. Поэтому дебит такой скважины может быть значительно выше, чем в открытом абиссинском источнике аналогичной глубины.
Рис. 13 Примеры водозабора из абиссинок после забивного и гидравлического бурения
Малая механизация буровых работ
Иногда желание бурить скважину под воду своими руками и сэкономить на этом финансовые средства на самом деле оказывается нерациональным вариантом. Буровики любители часто выбирают неправильную технологию проходки для данного типа грунта или совершают ошибки в конструктивном исполнении буровых приспособлений.
В итоге скважина своими руками может буриться длительный срок с чрезмерными трудозатратами. К примеру, иглопробивным методом делают шахту глубиной 10 метров трое человек пять дней, шнеком или буром-долотом проходят целый месяц расстояние в несколько метров, уткнувшись в камень или твердую породу.
Значительно ускорить и облегчить процесс проведения буровых работ помогают малые средства механизации. Во многих бытовых хозяйствах загородных домов имеются старые электродвигатели от автомобилей или различных механизмов. Их вполне можно приспособить в электрические лебедки для подъема желонок при ударно-канатном бурении. Также электромеханические подъемники полезны при шнековый или ложковой проходке, когда требуется периодически извлекать колонну из штанг вместе с грунтом на поверхность.
Для вращения колонны из буровых штанг можно использовать мощные электрические миксеры, дрели или перфораторы.
В торговой сети реализуют ручные мотобуры для работы в поле с двигателями на жидком топливе (бензин). Их вместе с готовыми шнеками применяют для проходки небольших каналов под столбы, однако теоретически бензобуры вполне можно использовать и для вращения скважинных буровых штанг.
Рис. 14 Ручное бурение при помощи бензиновых мотобуров
Ценной находкой при проведении буровых работ шнековым методом являются мощные электродвигатели с редуктором от различных машин и механизмов.
В них закрепляют цилиндрический резьбовой или специальной формы конусный патрубок, на который накручивают буровые штанги. Сам электродвигатель удерживают вручную на каркасе два человека или делают под него специальную опорную конструкцию в виде треноги, прямоугольной или иной формы рамы.
Большинство самостоятельно изготовленных буровых установок включают в себя электродвигатель с редуктором для вращения обсадной колонны и второй ручной или электрический механизм с лебедкой для поднятия труб на поверхность.
В полностью электрифицированной самодельной установке электродвигатель с редуктором движется по вертикальным направляющим вверх-вниз, а второй малый с намотанным тросом расположен в задней части опорной рамы.
Стоит отметить, что широчайший ряд портативных буровых установок на бензиновых или электрических двигателях можно приобрести на ресурсе Alibaba по ценам от 150 до 3000 условных единиц.
Рис. 15 Самодельные буровые установки
Для бурения скважин своими руками на глубину не более 10 м один из оптимальных вариантов — приобрести изготовленный в заводских условиях по разумным ценам комплект для шнековой или иглопробивной проходки. Если необходимо пробурить скважину глубиной около 30 м, используют гидравлическую технологию проходки с приобретенными в торговой сети или самостоятельно изготовленными буровыми штангами на резьбе. И наконец для глубин проходки до 70 м применяют самостоятельно изготовленные, взятые на прокат или приобретенные малогабаритные буровые установки с подъемным и редукторным электродвигателями.
