Статьи

Особенности бурильных шнеков для горизонтального и вертикального бурения

Шнековое бурение – одна из наиболее современных, технологичных, универсальных методик, предполагающая использование специальной оснастки, шнека. Конструктивно он представляет собой резец в форме винта. Вращение вокруг оси создает механическое усилие, разрушающее грунт, при этом обломки сразу поднимаются на поверхность по спирали.

Бурение ведется не только в вертикальной плоскости, но и в горизонтальной. Это позволяет, например, проложить трубы под автомобильной магистралью, железнодорожной веткой без приостановки работы объекта транспортной инфраструктуры, с сохранением его целостности, исходной надежности. Положительных результатов, однако, можно добиться только при правильном подборе оборудования. Какими должны быть основные особенности, характеристики бурильных шнеков?

Области эксплуатации

Бурильные шнеки для горизонтального и вертикального бурения применяются для решения задач, связанных со следующими сферами:

Строительство. Речь идет как о гражданском, так и о специализированном, промышленном, дорожном строительстве. Отверстия необходимы для размещения знаков, столбов, опор, свай и других элементов.
Геологическая разведка. Извлечение проб грунта через скважину дает специалистам возможность проанализировать его минеральный состав, понять, насколько выгодной окажется разработка на конкретном участке. Анализ необходим и перед масштабными строительными работами. Он позволяет определить несущую способность почвы, выбрать оптимальное место, исключающее проблемы с устойчивостью, усадкой здания.
Добыча полезных ископаемых. Скважина может использоваться как для прямого извлечения природных ресурсов, так и для закладки зарядов взрывчатки, установки гидроклиньев, разрушающих породу, что упрощает ее добычу карьерным методом.
Сельское хозяйство. Отверстия требуются для высадки крупных деревьев, строительства объектов хозяйственного назначения, амбаров, складов, элеваторов.
Коммунальное хозяйство. Основа систем ХВС, ГВС, канализации, отопления – трубы, по которым циркулирует теплоноситель, горячая, холодная вода, отводятся бытовые стоки. Зачастую метод монтажа, основанный на горизонтальном бурении, оказывается более выгодным и доступным, в сравнении с классическим, требующим предварительного обустройства траншей, больших объемов земляных работ. Это особенно актуально для плотной городской застройки – горизонтальное бурение допускает прокладку труб под действующими объектами без ущерба для их прочности, устойчивости.

Выбор шнека

Особенности шнека определяют его спецификацию, приспособленность для выполнения определенных работ. Например, для грунтов малой, средней плотности, состоящих в основном из глины и песка, можно работать стандартными шнеками, из прочной углеродистой стали, но без дополнительного армирования. Также выделяют следующие модели:

Усиленные. Характерные особенности – стенки увеличенной толщины, твердосплавные режущие кромки на основе вольфрама или кобальта. Благодаря высокой прочности, они уверенно справляются с разрушением вечномерзлых грунтов, скальных пород, вплоть до гранитов, базальтов.
С центральным каналом. Используются для методик бурения, совмещенных с закачкой жидкости. Это может быть как вода, эффективно прочищающая скважину, так и цементный раствор, обеспечивающий ее стабилизацию, предотвращающий осыпание.
С возможностью изменения геометрии лопастей. Ориентированы на нестандартные задачи и ситуации. Например, бурение скважины на участке с переменной плотностью грунта, зависящей от глубины. Корректировка конфигурации помогает эффективно работать как с мягкими, так и твердыми породами.

Конфигурация

Требования к форме шнека определяются плотностью грунта. На мягком грунте, насыщенном песком или илом, можно использовать стандартную оснастку. Сыпучесть исключает повышенные требования, грунт легко выводится на поверхность. На грунтах средней плотности, насыщенных глиной, нужно использовать усиленные модели с увеличенным шагом лопастей. Это упрощает вывод породы на поверхность, очистку инструмента.

Эффективное разрушение скальных пород, вплоть до 8-й категории твердости, возможно шнеками, укомплектованными зубьями с алмазным покрытием или на основе твердого сплава, вольфрамового, кобальтового. Мягкий металл не справится с нагрузкой, инструмент быстро выйдет из строя, потребует замены, либо окажется неэффективным.

Преимущества

Правильный подбор шнека, его полное соответствие специфике предстоящих работ, позволяет получить все преимущества, характерные для данной технологии, в том числе:

Скорость. Это особенно актуально для грунтов, плотность, твердость которых не превышает среднюю. Результата удается достичь с минимальными временными затратами, сдать объект гораздо раньше установленных сроков.
Универсальность. Шнек эффективно используется как для горизонтального, так и для вертикального бурения, вне зависимости от его целей. Примеров таковых множество: прокладка инженерных коммуникаций, обустройство скважин на воду, извлечение проб для геологического анализа.
Минимальные финансовые вложения. Сравнение шнековой технологии с альтернативными методами показывает, что она является наиболее выгодной. Не требуется дополнительное оборудование, расходные материалы, например, буровые растворы, комплексы, выводящие разрушенную породу из скважины.
Безопасность. Шнек легко входит в грунт. Процесс не сопряжен с шумом, вибрациями, благодаря чему на 100% безопасен как для оборудования, так и для персонала. Если говорить о горизонтальном бурении, то оно также не представляет угрозы для конструкций, расположенных над формируемой скважиной, окружающей среды, природных объектов.
Удобство. Шнековые буры максимально просты в обращении, благодаря компактности – работа оказывается возможной даже на небольших участках, упрощается транспортировка, бурильная установка максимально мобильна.
Надежность. Устройство, прочность которого соответствует специфике нагрузок и поставленной задаче, служит очень долго. Допустима даже коммерческая эксплуатация.
Эффективность. Шнековое бурение подойдет даже для артезианских скважин, глубина которых составляет 50, 60 и более метров.
Отсутствие потребности в промывке, усложняющей процесс. Благодаря винтовой, спиральной конфигурации шнека отработанная порода поднимается на поверхность естественным образом.

Телескопические шнеки

Эти устройства следует выделить в отдельную категорию. Их отличительная особенность – возможность изменения длины путем выдвижения внутреннего штока. Это обеспечивает возможность бурения глубоких скважин, непрерывность процесса, исключает необходимость в периодическом извлечении устройства для установки дополнительных секций, упрощает транспортировку. В разложенном состоянии длина шнека измеряется десятками метров, тогда как в сложенном – он максимально компактен, не занимает места.

Тонкости бурения

Мало правильно выбрать шнек, необходимо грамотно использовать его, чтобы раскрыть все преимущества. Определенные схемы существуют как для горизонтальной, так и для вертикальной методики. Например, во втором случае актуален следующий алгоритм действий:

Подготовка котлованов в точках устья и забоя, уровень которых соответствует скважине;
Установка бурильного комплекса;
Подготовка оснастки, вспомогательных устройств и механизмов;
Бурение. Процесс контролируется специалистом, который при необходимости может корректировать скорость движения, вращения инструмента, угол его наклона, чтобы скважина на 100% соответствовала проектной конфигурации.

Вертикальный метод проще в реализации. Главное – правильно спроектировать скважину, определить точку ее расположения, оптимальный диаметр, выбрать бур, характеристики которого подходят под тип грунта, твердость скальных пород, если таковые присутствуют на участке.