Труба-колодец

Если грунт садового участка не позволяет установить забивной абиссинский колодец (см. «М-К» № 10 за 1988 г.), приходится бурить скважину. Воспроизвести сложную современную буровую технику в домашних условиях — задача непосильная. Поэтому полезно обратиться к тому, как решали эту проблему наши деды и прадеды.

В старых литературных источниках обычно рассматривается ручное ударно-вращательное бурение, когда пластичные породы проходили вращением различных буров, а твердые и сыпучие — долбежкой долотами и стаканами. Инструменты подсоединяли к штангам из труб, которые вращали руками или попеременно поднимали и сбрасывали в забой. Диаметр скважины при этом достигал 200-250 мм.

Однако такой способ связан с рядом трудностей. При глубине более 10 м длинные штанги гнутся, трудно избежать искривления скважины, много времени уходит на соединение штанг. А когда бур натыкается на камни, работа становится просто невыполнимой. Да и изготовление отдельных инструментов требует кузнечной обработки массивных заготовок.

Дело можно существенно упростить, заменив штанги стальным тросом или веревкой. Такой способ бурения называется ударно-канатным и в настоящее время имеет и некоторое промышленное применение, в основном для добычи воды. Своеобразный прототип этого способа описывался известным специалистом в области мелиорации профессором Е. Е. Скорняковым. В брошюре «Как находить воду посредством бурения и устраивать простые 4 буровые колодцы» (М., «Новая деревня», 1922) автор подробно рассказал о буровом снаряде Шитца, состоящем из четырех несложных инструментов, доступных для изготовления в любой деревенской кузнице.

Рис. 1. Старинный буровой снаряд Шитца: А — бурав, В — конический стакан, В — цилиндрический стакан, Г — желонка, Д — буровой станок. Е — обсадная труба из досок.

Бурение с помощью этого инструмента производят следующим образом. В назначенном месте буравом делают скважину глубиной 1-1,1 м. Сюда вертикально устанавливают столб Ø140-200 мм и закрепляют оттяжкой за якорь. В верхней части столба располагают поперечину с подкосом. Подвешенный на ее свободном конце бурав наметит центр скважины. Этим же инструментом начинают проходку до глубины 1-1,1 м. Далее работу ведут коническим стаканом — это основной инструмент. Его поднимают за веревку, пропущенную через блок на высоту 1 м, и бросают. Стакан, врезаясь в дно скважины, заполняется грунтом, который, уплотняясь, удерживается в нем, пока инструмент возвращают на поверхность. При твердом и сухом грунте в скважину необходимо подливать воду. Если грунт сыпучий или плывун, то в дело пускают так называемую желонку. С помощью последней можно извлекать и камни, которые проходят в отверстие под клапаном. В плывунах проходку желонкой необходимо вести с обсадной трубой, опуская их одновременно. Обсадная труба делается из стали, чугуна, стеклопластика и др. Один из наиболее доступных для самодельщика вариантов — дощатая конструкция. Правда, современные материалы позволяют ее несколько упростить: шипы сделать вставными, а все соединения собрать на водостойком синтетическом клее, например эпоксидном, с запрессовкой шурупами или гвоздями. Нижние концы досок заостряют и с небольшим отступом в них высверливают отверстия для воды.

Если снаряд Шитца изготавливать без кузнеца, могут встретиться трудности. Так, в условиях достаточно оснащенного ремонтно-механического цеха мы не смогли изготовить конический стакан.

Другим недостатком бурового снаряда является то, что с его помощью невозможно пройти породу с крупными валунами и сплошными каменными пропластами. Поэтому устройство пришлось доработать. Одновременно мы расширили возможности этого метода, что позволило не опасаться крупных камней и каменных плит.

Стаканы и желонка выполнены из труб. В нижней части каждого приспособления приварен заостренный башмак. Конический стакан состоит из двух частей: в нижней вырезали клинья, нагрели, подогнули и заварили — получился конус. Желонка имеет резиновый клапан, армированный кордом.

Долота для проходки твердых пород должны быть достаточно тяжелыми, но отковать их своими силами из массивных заготовок невозможно. Поэтому пришлось разработать составные конструкции, включающие корпус из мягкой стали и лезвия из твердой. Корпус долота вырезали из стальной пластины толщиной 40 мм. Сверху к нему приварили фланец, а снизу высверлили четыре глухих отверстия Ø12 мм — для закрепляющих клиньев. Зубильные лезвия можно отковать из заготовок, предварительно выточенных на токарном станке или из изношенных пальцев гусениц трактора. После ковки и закалки они затачиваются. На хвостовиках напильником сделали лыски. Лезвия закрепили в глухих отверстиях цилиндрическими клиньями, нарезанными из стального прутка Ø12 мм.

Долото (рис. 7) — из отрезка рессоры, закрепленного в корпусе на заклепках. Для скругляющего составного долота (рис. 8) использовали обрезки стали от гильотинных ножниц для рубки металла. Лезвия получились очень «мощными» и показали хорошие результаты при проходке валунно-галечниковых отложений. Закаленный наконечник пирамидального долота (рис. 10), предназначенного для раскалывания крупных валунов, крепится клином. Крепление лезвий из твердой стали к корпусу из мягкой во всех рабочих наконечниках выполнялось клиньями, болтами, заклепками, но только не сваркой, которая дала бы здесь хрупкий шов. Ковке и закалке при этом подвергались лишь небольшие детали. Присоединение рабочих инструментов к штангам — с помощью болтов и фланцев, так как цилиндрические резьбы сминаются, а конические выполнить нереально.

Работа долотами производится тем же способом, что и стаканами: инструмент поднимают и сбрасывают в забой. Разрушенную породу извлекают желонкой.

При необходимости увеличить силу удара приходится наращивать вес инструмента. Достигается это присоединением тяжелой ударной штанги. Ее конструкция может быть цельной или составной. Мы использовали ударную штангу из трубы, заполненной бетоном, поднимаемую при помощи лебедки. При проходке очень тяжелых пород, когда от 2 до 12 м шли сплошные камни, спаянные крепким суглинком, а от 20 до 32 м встретились три каменные плиты по 60-80 см толщиной, общий вес штанги достигал 400 кг.

При работе с долотами, ударными штангами и лебедками веревку следует заменить стальным тросом; он необходим не только из-за соображений прочности, но и для поворота плоских долот на некоторый угол для разработки круглой скважины. Это достигается с помощью специального устройства — канатного замка. Работа последнего основана на свойстве стальных канатов — раскручиваться при нагрузке и закручиваться при снятии нагрузки. Для закрепления каната в замке его протягивают через втулку, конец расчленяют на отдельные жилы, зачищают до металлического блеска, пеньковый сердечник вырезают. Отогнув жилы, канат помещают в коническую расточку втулки и заливают каким-нибудь легкоплавким металлом. Втулка с закрепленным тросом должна иметь в замке свободное вращение и перемещение вдоль оси.

Чтобы сбросить инструмент в забой, необходимо оттягивать канат. Для этого мы использовали вторую лебедку. Но можно обойтись и ручным приводом, по типу старинного донецкого ворота, который делали массивным, из толстых досок, с диаметром колеса до 2 м, чтобы оно выполняло роль маховика и облегчало оттягивание каната за счет инерции.

При каждом подъеме из забоя бурового инструмента его необходимо тщательно осматривать, чтобы избежать неполадок и аварий. Иногда при заклинивании инструмента в забое трос вырывается из замка. Извлечь инструмент в этом случае поможет специальный ловитель (рис. 9). Перед спуском в скважину его зубья отводят в крайнее положение, сжав пружины и закрепив штифтами. Когда ловитель надвинется на верхнюю часть канатного замка, траверса приподнимется, штифты освободят зубья, которые под действием пружин захватят замок за конические выступы.

Если проходка ведется одновременно с обсадной трубой (при неустойчивых породах), буровой инструмент должен проходить внутри с зазором 10-15 мм по краям. Трубу Ø120-150 мм нарезают на звенья по 3-4 м длиной с мысиком для облегчения последующей стыковки сваркой. Нижний отрезок снабжают башмаком по типу буровых стаканов. Когда скважина встречает твердые пропласты камня, срезать стенки с помощью обсадной трубы не получится. В этом случае мы использовали расширитель. При опускании в обсадную трубу его резцы поворачиваются на оси, сжимая пружину. Под нижним обрезом обсадной трубы резцы раздвигаются в рабочее положение и разрабатывают стенки.

Наконец скважина пробурена и обсадная труба вошла в водоносный слой. Теперь необходимо организовать водоприемную часть. Многое зависит от водоносного слоя. Если желонкой удается выбрать полость у нижнего обреза обсадной трубы, которая будет заполняться водой и не будет со временем затягиваться, то можно обойтись и без фильтра. При достаточном дебите воды дно скважины просто засыпается мелким гравием слоем в 20-40 см. Его всегда легко извлечь желонкой. Когда же водоносный слой состоит из мелкого песка — плывуна, затягивающего скважину, — необходим фильтр. Его устройство аналогично фильтру абиссинского колодца (см. «М-К» № 10 за 1988 г.), но этот устанавливают по-другому, так как диаметр обсадной трубы в данном случае больше. Фильтр опускают в трубу с помощью введенной в штыковую муфту штанги, затем приподнимают обсадную трубу домкратами, удерживая фильтр штангой. Для напорной артезианской воды между фильтром и обсадной трубой устраивают сальник из резины или пенькового просмоленного шнура.

Фильтрующие элементы для трубчатого колодца можно выполнить и из крупнопористого бетона, без мелкого заполнителя. Величину зерен гравия или щебня подбирают в зависимости от крупности песка водоносного слоя: соотношение примерно 10:1. Крупный заполнитель обволакивают сметанообразной смесью цемента с водой, укладывают в форму и слегка трамбуют. На 1 часть цемента берут 6 частей гравия при водоцементном отношении В/Ц = 0,3-0,5. Готовая к укладке смесь получается жесткой и рассыпчатой. Фильтрующим блокам придают форму колец и размешают их или внутри трубчатого каркаса с окнами, или снаружи.

В. ДОЛИН. г. Загорск

Источник: "Моделист-Конструктор" 1988, №11