Методи за сондиране на сондажи: технологични принципи и особености на основните методи

Изграждането на водовземен кладенец е свързано с прилагането на различни методи на пробиване. Рохкавите и наситени с вода почви се извличат с помощта на желонка. За проходка през глинести и скални скали се използват начини за пробиване на кладенци, основани на ротационния и вибрационния принцип.

В работата са включени механизми, които позволяват разработването на почви от различни видове и на различна дълбочина. Ще ви разкажем как да изберете оптималната технология за пробиване, която позволява бързо и безупречно да се извърши изработката за изграждане на водовземане.

За нагледно представяне на предложената от нас информация текстът е допълнен с полезни схеми, фото-колекции, видео-ръководства.

Видове методи на пробиване

Преди пробиването на водоносни кладенци за лично ползване се извършваше основно ръчно. Това беше трудоемък и продължителен процес, така че не всеки собственик на парцел или вила можеше да се похвали с наличието на собствен водоизточник.

Постепенно механизираното пробиване измести ръчните методи благодарение на значителното облекчаване и ускоряване на процеса.

Днес практически всички водоносни кладенци се пробиват по механизиран начин, който се основава на разрушаване на почвата и подаването ѝ на повърхността по един от два начина: сух, когато отработената почва се отстранява от кладенеца с помощта на механизми, и хидравличен, когато тя се измива с вода, подадена под налягане или гравитачно.

Различават се три основни метода на механично пробиване:

• Ротационен (почвата се разработва чрез въртене).
• Ударен (снарядът разрушава почвата чрез удари).
• Вибрационен (почвата се разработва чрез високочестотни трептения).

Ротационният метод се счита за най-високопроизводителен, като надвишава по ефективност ударния 3-5 пъти, а вибрационния 5-10 пъти. Освен това ротационният метод е най-евтин и достъпен, и често се използва като основен метод за ръчно пробиване.

Механичните ротационни методи за сондиране на кладенци за вода замениха неефективните ръчни методи

От своя страна ротационният метод на сондиране, широко използван за изграждане на кладенци за вода, се разделя на четири основни вида сондиране:

• колонково;
• шнеково;
• ударно-въжено;
• роторно.

Всеки вид ротационно сондиране има своите особености и се извършва със специално предназначено за това оборудване. Нека разгледаме тези видове сондиране по-подробно, да определим какви са разликите им и кой метод трябва да се прилага във всеки конкретен случай.

Специфика на колонковото пробиване

Колонковото сондиране – механичен ротационен метод, при който глинеста или плътна пясъчна почва се извлича под формата на цилиндричен керн. Сондажният снаряд за колонково сондиране представлява дебелостенна метална тръба.

В горната част на колонковия сондажен снаряд има приспособление за свързване на щанги, необходими за удължаване на сондажната колона. В долната част – коронка, чийто вид се избира в зависимост от категорията на почвата, която ще се сондира.

При проходка с колонков метод почвата се разрушава от пръстеновидна коронка. Вътрешната част на керна се запазва в неразрушен вид. За улесняване на процеса на сондиране в твърди и полутвърди глинести почви, глини, скални скали, на забоя се подава промивна течност.

При колонковото сондиране почвата не се разрушава, а “се пробива” от коронката и се улавя от колонковата тръба. На повърхността раздробената скала се извлича под формата на керн – монолитен цилиндричен стълб от скала

Шламът от забоя понякога се отстранява чрез промивка – нагнетяване на голямо количество вода в ствола на изработката. Най-често промивката се заменя с продухване със сгъстен въздух, подаван от компресор вътре в тръбата. Този тип сондиране позволява сондиране на кладенци с дълбочина до 1000 метра и диаметър от 8 до 20 см.

Механичното колонково сондиране се извършва със сондажни установки от тип ЗИФ, УГБ, УКБ, монтирани на автомобили от тип КАМАЗ, КРАЗ, трактори за теглене и т.н. Във варианта за ръчно сондиране колонковата тръба се скъсява, нарича се камбана или чаша. С последния, обърнат с дъното нагоре предмет от бита, конструктивно е сходна колонковата тръба.

Сондирането по колонков метод се използва в следните случаи:

• геоложко проучване на полезни изкопаеми;
• пробиване на проучвателни сондажи;
• изграждане на водоснабдителни сондажи с всякаква дълбочина, включително безфилтърни сондажи в скални породи.

За изграждане на частни сондажи за вода в някои случаи колонковият метод се използва преди да се започне шнеково или роторно сондиране, изпълнявайки едновременно проучвателна и подготвителна роля.

При изграждането на частни сондажи колонковото сондиране се използва в комплекс с ударно-въжено. Глинестите пластове се преминават с колонкова тръба. Пясъците с неплътна структура, чакълът и баластрата с пясъчен запълнител, които не се задържат в колонковата тръба, се извличат от ствола чрез желониране.

По ефективност колонковият метод отстъпва малко на шнековия начин на сондиране на водоснабдителни сондажи. С шнек се сондира по-бързо, но той не позволява напълно да се освободи стволът от пробитата скала. Рядко се използват в двойка. А ако се наложи, то с шнек се преминават първите няколко метра.

Короните не разрушават почвата, а внимателно я изрязват по периметъра, образувайки “стълбчета” – кернове, изучавайки които може да се състави хидроложки разрез на участъка

Използвано оборудване и инструменти

За колонково сондиране се използват следните инструменти:

• сондажни корони от диамантен или друг твърдосплавен материал (стомана, волфрам, победит);
• колонкова тръба;
• тръба за отвеждане на шлам;
• щанги, необходими за удължаване на сондажната колона;
• муфтови съединения, преходници между тръбите, промивен салник.

При сондиране в скални породи сондажната корона бързо се износва и подлежи на замяна. Материалът на короната – скъп, издържащ огромни натоварвания, най-широко разпространение са получили диамантените сондажни варианти.

Всички използвани в процеса на сондиране инструменти трябва да отговарят на съосност, т.е. да бъдат разположени точно спрямо оста на сондиране.

Технология на колонковото пробиване

Основната особеност на колонковото сондиране – преминаване на скалата с пълното й запазване в колонковата тръба. Т.е. при работа на сондажното оборудване короната по пръстен разрушава почвата, която с задълбочаване се изтласква в колонковата тръба и се задържа в нея поради собствената си плътност.

При извличане на напълнената тръба от ствола на изработката, тя се освобождава от керна чрез почукване с кувалда.

Поетапният процес на колонковото сондиране изглежда по следния начин:

• сондажната корона се свързва с колонковата тръба;
• колонковата тръба се свързва с щангите, които се удължават с напредване на задълбочаването;
• горната щанга се закрепва в сондажната машина;
• сондажната машина върти сондажната колона и постепенно я “ввинчва” в земята;
• колонковата тръба постепенно се пълни с керн – заклинила в кухината ѝ земя;
• след проходка на 50 – 70 см сондажната колона се извлича на повърхността, щангите се разединяват една по една, докато не се извлече колонковата тръба;
• тръбата се освобождава от избитата скална маса;
• изпразненият снаряд отново се спуска на дъното, като сондажната колона се удължава с щанги.

Действията се извършват в описания ред, докато сондажът не отвори водоносния хоризонт и не се задълбочи с 50 см в подлежащата водонепроницаема скала.

Ако фиксирането на горния водоносен хоризонт не е цел на проходката, то горните слоеве могат да се пробиват с промивка. В този случай помпата подава промивния разтвор през маркуч вътре в тръбите. След това разтворът изнася извлечената земя на повърхността.

Ако целта на изграждането на сондажа не е водоносен слой в песъчливи отложения, сондирането до достигане на скални породи може да се извършва с промивка

Съществени предимства и недостатъци

В сравнение с ударно-въжовия и роторния метод на механично сондиране, колонковото се извършва доста бързо, като значително съкращава времето за работа. Основният му недостатък – невъзможността за повдигане на рохкави почви и наситени с вода чакъли. Напредва бавно в скални породи, за преминаване на валуни е необходимо длето.

Към предимствата на колонковото сондиране се отнасят:

• висока производителност и възможност за сондиране на сондажи с дълбочина над 100 м;
• намаляване на натоварванията на сондажното оборудване за сметка на разрушаване на глинестата скала, сравнимо с нейното изрязване;
• възможност за използване на мобилна сондажна инсталация с компактни размери.

Колонковото сондиране – един от най-бързите методи за изработване на водохващащи изработки. Сондаж на пясък с неговото приложение може да се премине за един работен ден. Разработваната ръчно водохващаща изработка ще отнеме много повече време.

Особености на шнековото пробиване

Този тип сондиране днес най-често се използва при изграждането на водоносни сондажи в частни стопанства. Особеност на шнековото сондиране е, че разработваната скала напълно се отстранява от створа на сондажа без привличане на допълнително оборудване. Методът наподобява завинтване, позволява сондиране на дълбочина и едновременно отстраняване на ненужната почва.

Използваният за сондиране инструмент се нарича шнек. Представлява метален прът с лопатки. Завинтвайки се в земята, шнекът разрушава скалата, която се задържа на неговите лопатки. Поради спецификата на конструкцията, с шнек не е възможно напълно да се освободи дъното от отвала. Затова го прилагат основно за проходка на горните слоеве.

Сондирането с шнек – бърз и евтин начин, който не изисква организиране на резервоар за промивна течност

Сондирането с шнек не изисква много усилия и финансови разходи, поради което сферата на приложение на този метод е доста широка: геологопроучвателни сондажи, прокарване на комуникации, изграждане на пилотни кладенци и отчасти сондиране за вода.

В момента се използва активно за изграждане на абисински кладенци, за да не се забива напълно иглената сонда в плътна почва, а леко да се улесни процесът на потапяне на ствола в предварително разрушена скала.

Методът е подходящ за разработване на водоносни кладенци с дълбочина до 30 m в меки и рохкави почви и до 20 m в средно-плътни. След преминаване с шнек и поставяне на обсадна тръба, стволът на кладенеца задължително се почиства с желонка от неизвлечената скала.

Шнекът категорично не е подходящ за работа в скални породи! Използва се за частично преминаване на кладенци до 120 m, като този метод се комбинира с други: роторно, ударно-въжено, колонково.

Използвано оборудване и инструменти

Шнековото сондиране се извършва със сондажна инсталация, чийто основен елемент е сондажният инструмент от винтов тип, изработен от високоякостен метал. Сондажната колона се удължава с шнекове с еднакъв размер с увеличаване на дълбочината.

В комплекта понякога се използват лопаткови длета, необходими за преминаване на рохкави скали, както и длета с кръгли или конусовидни глави, използвани за разработване на твърди скали.

Сондажна инсталация на базата на автомобил с мощен двигател – оптимален вариант за сондиране в труднодостъпни и отдалечени места.

Повечето съвременни сондажни инсталации са оборудвани с кухи снаряди, снабдени с реверсивни ключалки, които не допускат движение на инструмента в обратна посока.

Режещите части на шнека по време на сондиране се охлаждат от разработваната почва, а разработената скала се издига нагоре по спиралите. Това позволява сондирането да се извършва без прекъсване, значително намалявайки времевите и енергийните разходи за създаване на водоносен кладенец.

Технология на шнековото пробиване

След извършване на проходката, чиято дълбочина е 1,5 – 2,0 m, шнекът се изважда и в сондажа се монтират обсадни тръби. Диаметърът на водоприемния сондаж, пробит с помощта на шнек, е 50 – 200 mm и зависи от размера на използвания инструмент.

Срутването на стените на сондажа се предотвратява от обсадните тръби. Това е особено важно за рохкави несвързани почви, затова бургаджиите имат правило: при проходка на песъчливи глини и глинести почви да използват шнекове с разположение на лопатките под ъгъл 30 – 60º, а при пробиване на плътни пясъци — инструмент с лопатки под ъгъл 90º.

При по-малък наклон на навивките на шнековата спирала шнекът изнася на повърхността повече несвързан отвал.

Шнековото сондиране не изисква използване на промивна течност, а разработената с помощта на долотото скала се изнася на повърхността върху лопатките на инструмента

Плюсове и минуси от използването на шнек

Шнековият метод на сондиране позволява да се извърши изграждането на кладенеца максимално бързо, при условие че размерът на шнека и ъгълът на наклон на долотото са били подбрани правилно.

Към предимствата на шнековото сондиране се отнасят:

• почвата се издига на повърхността веднага по време на сондирането;
• висока скорост на задълбочаване в почвата без технологични прекъсвания;
• няма нужда да се извършва промивка на цевта на кладенеца;
• с компактна шнекова инсталация или ръчен шнек може да се сондира вътре в къщата (в мазето);
• няма нужда да се издига на повърхността първото звено и да се разглобява/сглобява сондажната колона както при колонковия метод.

Основният недостатък на шнековото сондиране може да се счита невъзможността за работа на рохкави и много твърди почви, но в същото време шнекът е идеален инструмент за сондиране в глинести, смесени (глина и песъчлива глина) и меки глинести почви.

Още един недостатък, който ограничава приложението на шнека за изграждане на водоносни кладенци, е необходимостта да се използва ударно-въжен метод за почистване на цевта от отвалената скала.

Подобието на шнека – змеевик се използва широко в ръчното сондиране. Той по същия начин разрушава скалата и я улавя с лопатките си за извличане нагоре.

Характеристика на роторното пробиване

Роторното сондиране е метод на въртеливо-вибрационно сондиране, при който разрушаването на почвата се осъществява с помощта на долото, задвижвано в забоя на сондажа от ротора на сондажната инсталация. Роторът се върти от двигателя на автомобила или от отделно инсталиран електродвигател посредством задвижващ вал.

Разработената почва се измива от шахтата на кладенеца чрез метод на пряка или обратна промивка. Промивният разтвор може да се подава както самотечно, така и чрез помпена станция.

Повечето артезиански кладенци се пробиват чрез ротационен метод: с помощта на сондажно длето, въртяно от ротор, последвано от промиване на кладенеца и закрепване на обсадни тръби.

Ротационното сондиране се използва за разработване на скални и полускални почви при изграждане на дълбоки кладенци до 150 м. Ротационната сондажна установка с правилно подбрано длето и утежнени сондажни тръби се справя отлично със скални образувания.

Специалистите-сондажи препоръчват да се използва този метод на сондиране при спазване на следните условия:

1. Хидрогеоложкият разрез на участъка е проучен достатъчно добре. Известно е, че предстои да се пробиват скални скали. Известно е нивото на залягане на водоносната зона в коренните скали.
2. Подземната вода притежава характерния за артезианските кладенци напор.
3. Има възможност за непрекъсната доставка на техническа вода за промиване на кладенеца.

В южните райони ротационното сондиране може да се извършва целогодишно, а в северен климат приложението на този метод е ограничено поради възможността за замръзване на промивната течност.

Прилагано оборудване и инструменти

Ротационното сондиране на водоносни кладенци се осъществява с помощта на рамна или решетъчна кула, на която е разположено повдигателното оборудване и останалите елементи на сондажната установка. Кулата дава възможност да се повдигат и спускат в кладенеца сондажни колони.

В състава на ротационна сондажна установка влиза:

• рамна или решетъчна кула;
• двигател със задвижване;
• ротор и сондажна колона;
• помпено оборудване и система за почистване на промивната течност;
• повдигателно оборудване, напорна магистрала, вертлюг, салници и др.

В самоходните установки като двигател се използва ДВГ на автомобила, на чиято база е разположен сондажният комплекс. В този случай с мощността на двигателя се регулират оборотите на сондажния инструмент.

Като източник на енергия за ротационната сондажна установка може да служи стационарен или мобилен електродвигател, ДВГ на автомобил, генератори

Роторът посредством зъбно устройство предава въртене на водещата тръба, която от своя страна го предава на основния сондажен инструмент – длетото. Длетото може да има различна форма и се изработва от високоякостни материали: композити, стомана с диамантено покритие и др.

За всеки тип почва се подбира особен размер и форма на длетото, като по този начин се осигурява висока ефективност и скорост на проходката.

Своеобразие на роторната технология

Роторното пробиване на сондажи за вода се осъществява на три етапа:

1. Разрушаване на скалата с помощта на длетото.
2. Изнасяне на разрушената скала на повърхността чрез поток от нагнетявана вода.
3. Укрепване на стените на сондажа с обсадни тръби.

Изнасянето на разрушения грунт се извършва чрез обратна или пряка промивка. Изборът на метода на промивка зависи от конкретните условия: дълбочина на сондажа, тип на почвите, наличие на необходимия обем промивна вода.

Като правило, в частните стопанства се използва технология за пробиване с пряка промивка, която включва следните етапи:

• заглубване на длетото с голям диаметър в почвата;
• въртене на длетото под въздействието на ротора;
• монтиране на сондажни тръби и монтаж на утежнени тръби между тях и длетото;
• отстраняване на отработения грунт с напор на течност с помощта на помпа;
• монтиране на обсадна тръба, за да се предотврати осипване на почвата вътре в сондажа;
• пробиване с длето с по-малък диаметър и повторение на целия цикъл.

При обратна промивка грунтът се изнася от сондажа по тръбите на сондажната колона, а промивната течност се налива между стените на сондажа и тръбите.

Водата по самоток постъпва в предварително подготвен резервоар, където се извършва нейното пречистване от грунт и шлам, и се връща обратно в сондажната колона за нова порция отработена скала.

В някои случаи при извършване на роторно пробиване се използва не пряка или обратна промивка, а продухване с въздух под налягане, създадено с помощта на компресор.

Предимства и недостатъци на роторното пробиване

Основното предимство на роторния метод е възможността да се пробиват дълбоки сондажи с водочерпене от напукан варовик.

Освен това този метод на пробиване има следните предимства:

• високо качество на отваряне на водоносния хоризонт в коренни скални почви;
• възможност за изграждане на сондаж с голям диаметър до 200 cm;
• висока скорост на пробиване, малки разходи за енергийни ресурси.

Съществен недостатък на роторното пробиване може да се нарече необходимостта от организиране на промивка на сондажа.

Кой метод на пробиване да изберете?

Всички разгледани методи на механично пробиване се използват широко за изграждане на водоносни сондажи.

Обобщавайки, може да се каже, че:

1. Колонковото пробиване е целесъобразно да се използва за проходка в пластични глинести почви. Колонковият метод подхожда за изграждане на повечето водовземни изработки, при необходимост се използва в комбинация с ударно-въжено пробиване.
2. Шнековото сондиране по област на приложение е подобно на колонковия метод. От него се различава с некачественото почистване на ствола, изисква задължително използване на желонка или дългосрочно промиване на сондажа преди експлоатация.
3. Роторното сондиране – оптималният вариант за пробиване на сондажни стволове в скални почви.

Цената за разработване на сондаж при използване на един или друг метод на сондиране до голяма степен зависи от използваното оборудване, както и от категориите на преминатите скали по сондируемост.

Правилно избраният метод на сондиране ще помогне не само да намали времевите разходи за сондиране, но и ще позволи в бъдеще да експлоатирате водоизточника без проблеми.

За това как да направите сондажна машина със собствените си ръце, можете да прочетете в друга популярна статия на нашия сайт.

Изводи и полезно видео по темата

Видео #1. Демонстрация на принципа на класическото колонково сондиране с извличане на керн чрез воден напор:

Видео #2. Особености на сондиране на сондаж с шнек:

Видео #3. Колонково сондиране на сондаж с промиване на забоя и поставяне на двойна обсадна тръба, чиято външна част е изработена от стоманени тръби, а вътрешната от полимерни:

Сондирането на водоносен сондаж – трудоемък процес. От правилността на избрания метод на сондиране зависи не само скоростта на изграждане на автономен водоизточник, но и финансовите разходи.

Първото нещо, на което трябва да обърнете внимание при избора на метод на сондиране, е типът на почвата и дълбочината на водоносния слой. Изхождайки от тези параметри, ще можете да изберете оптималния вариант, който ще ви позволи да пробиете сондаж бързо и евтино.

Искате ли да споделите история за сондиране на сондаж в собствения си парцел или полезна информация по темата на статията? Оставяйте, моля, коментари в разположения по-долу блок. Тук също можете да зададете въпрос или да посочите спорни моменти в текста.