Gręžinių gręžimo būdai: technologiniai principai ir pagrindinių metodų ypatumai

Vandens paėmimo gręžinio įrengimas yra susijęs su įvairių gręžimo metodų taikymu.  Puraus ir vandens prisotinto grunto sluoksniai ištraukiami naudojant šaukštinį. Molio ir uolienų sluoksniams pereiti naudojami gręžimo būdai, pagrįsti sukamuoju ir vibraciniu principu.

Darbe naudojami mechanizmai, leidžiantys atlikti įvairių tipų ir skirtingo gylio grunto iškasimą. Mes papasakosime, kaip pasirinkti optimalią gręžimo technologiją, leidžiančią greitai ir nepriekaištingai atlikti iškasą vandens paėmimo įrenginiui.

Kad mūsų pateikta informacija būtų vaizdesnė, tekstas papildytas naudingomis schemomis, nuotraukų rinkiniais, vaizdo gidais.

Gręžimo būdų rūšys

Anksčiau vandeningų gręžinių gręžimas asmeniniam naudojimui daugiausia buvo atliekamas rankiniu būdu. Tai buvo daug pastangų reikalaujantis ir ilgas procesas, todėl ne kiekvienas sklypo ar sodybos savininkas galėjo pasigirti turintis savo vandens tiekimo šaltinį.

Palaipsniui mechanizuotas gręžimas išstūmė rankinius metodus dėl žymaus proceso palengvinimo ir pagreitėjimo.

Šiandien beveik visi vandeningi gręžiniai gręžiami mechanizuotu būdu, kuris pagrįstas grunto ardymu, jo iškėlimu į paviršių vienu iš dviejų būdų: sausuoju, kai panaudotas gruntas iš gręžinio pašalinamas mechanizmų pagalba, ir hidrauliniu, kai jis išplaunamas vandeniu, tiekiamu esant slėgiui arba savitaka.

Skiriami trys pagrindiniai mechaninio gręžimo būdai:

• Sukamasis (gruntas iškasamas sukant).
• Smūginis (gręžimo sviedinys ardo gruntą smūgiais).
• Vibracinis (gruntas iškasamas aukšto dažnio virpesiais).

Sukamasis būdas laikomas produktyviausiu, 3–5 kartus efektyvesniu už smūginį ir 5–10 už vibracinį. Be to, sukamasis būdas yra pigiausias ir prieinamiausias, jis dažnai naudojamas kaip pagrindinis rankinio gręžimo metodas.

Mechaniniai sukamieji gręžimo būdai vandens gręžiniams pakeitė neefektyvius rankinius metodus.

Savo ruožtu sukamasis gręžimo būdas, plačiai naudojamas vandens gręžinių statybai, skirstomas į keturis pagrindinius gręžimo tipus:

• kolonėlinis;
• sraigtinis;
• smūginis lyninis;
• rotorinis.

Kiekvienas sukamojo gręžimo tipas turi savo ypatybes ir yra atliekamas specialiai tam skirta įranga. Panagrinėkime šiuos gręžimo tipus išsamiau, nustatykime, kuo jie skiriasi ir kurį metodą reikia taikyti kiekvienu konkrečiu atveju.

Kolonėlinio gręžimo specifika

Kolonėlinis gręžimas – mechaninis sukamasis metodas, kurio metu molingas arba tankus smėlingas gruntas išgaunamas cilindrinio kerno pavidalu. Gręžimo įrenginys kolonėliniam gręžimui yra storasienis metalinis vamzdis.

Kolonėlinio gręžimo įrenginio viršuje yra įtaisas, skirtas prijungti strypus, reikalingus gręžimo kolonos pratęsimui. Apačioje – karūnėlė, kurios tipas parenkamas pagal gręžiamo grunto kategoriją.

Kolonėliniu metodu gruntas ardomas žiedine karūnėle. Vidurinė kerno dalis išlieka nesuardyta. Siekiant palengvinti gręžimo procesą kietuose ir pusiau kietuose priemoliuose, moliuose, uolienose, į gręžimo dugną tiekiamas plovimo skystis.

Kolonėlinio gręžimo metu gruntas nesunaikinamas, o “išgręžiamas” karūnėle ir užgriebiamas kolonėliniu vamzdžiu. Į paviršių išgręžta uoliena iškeliama kaip kernas – monolitinis cilindrinis uolienos stulpas.

Šlamas iš gręžimo dugno kartais pašalinamas plaunant – didelio kiekio vandens įpurškimu į gręžinio kamieną. Dažniausiai plovimą pakeičia prapūtimas suslėgtu oru, tiekiamu kompresoriaus į vamzdžio vidų. Šis gręžimo tipas leidžia gręžti iki 1000 metrų gylio ir nuo 8 iki 20 cm skersmens gręžinius.

Mechaninis kolonkinis gręžimas atliekamas gręžimo įrenginiais, tokiais kaip ZIF, UGB, UKB, sumontuotais ant KAMAZ, KRAZ tipo automobilių, miško traktorių ir kt. Pritaikant rankiniam gręžimui, kolonkinis vamzdis trumpinamas, vadinamas varpu arba stiklu. Su pastaruoju, apverstu aukštyn kojomis buities daiktu, konstrukciškai panašus kolonkinis vamzdis.

Kolonkinis gręžimas naudojamas šiais atvejais:

• geologinė naudingųjų iškasenų žvalgyba;
• žvalgybinių gręžinių gręžimas;
• vandeningųjų gręžinių bet kokio gylio įrengimas, įskaitant be filtrų gręžinius uolienose.

Norint įrengti privačius vandens gręžinius, kai kuriais atvejais kolonkinis metodas naudojamas prieš pradedant sraigtinį arba rotorinį gręžimą, atliekant kartu žvalgybinį ir parengiamąjį vaidmenį.

Privačių gręžinių įrengime kolonkinis gręžimas naudojamas kartu su lyniniu-smūginiu. Molingi sluoksniai praeinami kolonkinio vamzdžio pagalba. Nepakankamo tankio smėliai, žvyras ir akmenukas su smėlio užpildu, kurie nesulaikomi kolonkiniame vamzdyje, iš kamieno pašalinami želėvimo būdu.

Pagal efektyvumą kolonkinis metodas šiek tiek nusileidžia sraigtiniam vandens paėmimo gręžinių gręžimo būdui. Sraigtu gręžiama greičiau, tačiau jis neleidžia visiškai išvalyti kamieno išgręžtos uolienos. Jie retai naudojami poroje. O jei jau tenka, tai sraigtu praeinami pirmi keli metrai.

Karūnėlės nesunaikina grunto, o atsargiai išpjauna jį išilgai perimetro, sudarydamos “stulpelius” – kernus, kuriuos tyrinėjant galima sudaryti hidrologinį sklypo pjūvį.

Naudojama įranga ir įrankiai

Kolonkiniam gręžimui naudojami šie įrankiai:

• gręžimo karūnėlės iš deimantinės ar kitos kieto lydinio medžiagos (plieno, volframo, pobeditas);
• kolonkinis vamzdis;
• vamzdis šlamui pašalinti;
• strypai, reikalingi gręžimo kolonos ilginimui;
• movinės jungtys, adapteriai tarp vamzdžių, plovimo tarpinė.

Gręžiant uolienose, gręžimo karūnėlė greitai susidėvi ir turi būti pakeista. Karūnėlės medžiaga – brangi, atlaikanti didžiules apkrovas, labiausiai paplitę deimantiniai gręžimo variantai.

Visi gręžimo proceso metu naudojami įrankiai turi atitikti bendraašiškumą, t. y. būti išdėstyti tiksliai gręžimo ašies atžvilgiu.

Kolonėlinio gręžimo technologija

Pagrindinė kolonkinio gręžimo ypatybė – uolienos praėjimas, visiškai ją išsaugant kolonkiniame vamzdyje. Tai yra, dirbant gręžimo įranga, karūnėlė žiedu ardo gruntą, kuris gilėjant stumiamas į kolonkinį vamzdį ir jame išlaikomas dėl savo tankio.

Ištraukiant užpildytą vamzdį iš gavybos kamieno, jis išlaisvinamas nuo kerno beldimu kūju.

Etapinis kolonkinio gręžimo procesas atrodo taip:

• gręžimo karūnėlė sujungiama su kolonkinio vamzdžio;
• kolonkinis vamzdis sujungiamas su strypais, kurie ilginami gilėjant;
• viršutinis strypas fiksuojamas gręžimo staklėse;
• gręžimo staklės sukioja gręžimo koloną ir palaipsniui “įsuka” ją į gruntą;
• šerdies vamzdis palaipsniui pripildomas kerno – jos ertmėje užstrigusio grunto;
• praėjus 50 – 70 cm, gręžimo kolona iškeliama į paviršių, strypai paeiliui atjungiami, kol bus ištrauktas šerdies vamzdis;
• vamzdis išvalomas nuo išgręžtos uolienos;
• ištuštintas sviedinys vėl nuleidžiamas į dugną, pailginant gręžimo koloną strypais.

Veiksmai atliekami aprašyta tvarka, kol šulinys atidengs vandeningąjį horizontą ir įsiskverbs 50 cm į giliau esančią vandeniui nelaidžią uolieną.

Jei viršutinio vandeningojo horizonto fiksavimas nėra gręžimo tikslas, viršutinius sluoksnius galima gręžti su plovimu. Šiuo atveju siurblys tiekia plovimo tirpalą per žarną į vamzdžius. Tada tirpalas iškasa išgręžtą gruntą į paviršių.

Jei šulinio įrengimo tikslas nėra vandeningas sluoksnis smėlio nuosėdose, gręžimas iki uolienų gali būti atliekamas su plovimu

Svarūs privalumai ir trūkumai

Palyginti su smūginiu lyniniu ir rotoriniu mechaninio gręžimo būdu, šerdinis gręžimas atliekamas gana greitai, žymiai sutrumpinant darbų laiką. Pagrindinis jo trūkumas – negalėjimas pakelti purių gruntų ir vandens prisotintų žvyro nuosėdų. Lėtai juda per uolienas, rieduliams pergręžti reikia kaltą.

Prie šerdinio gręžimo privalumų priskiriama:

• didelį našumą ir galimybę gręžti šulinius, kurių gylis viršija 100 m;
• apkrovų gręžimo įrangai sumažinimą dėl molio uolienos ardymo, panašaus į jos išpjovimą;
• galimybę naudoti mobilią kompaktiškos konfigūracijos gręžimo instaliaciją.

Šerdinis gręžimas – vienas greičiausių vandens paėmimo kasyklų kūrimo metodų. Smėlio šulinį naudojant jį galima praeiti per vieną darbo dieną. Rankomis kuriama vandens paėmimo kasykla užtruks daug daugiau laiko.

Sraigtinio gręžimo ypatumai

Šis gręžimo tipas šiandien dažniausiai naudojamas įrengiant vandeningus šulinius privačiuose ūkiuose. Sraigtinio gręžimo ypatumas yra tas, kad iškasama uoliena visiškai pašalinama iš šulinio angos nenaudojant papildomos įrangos. Metodas primena įsukimą, leidžia gręžti į gylį ir tuo pačiu pašalinti nereikalingą gruntą.

Gręžimui naudojamas įrankis vadinamas sraigtu. Tai metalinis strypas su mentėmis. Įsukdamas į gruntą, sraigtas ardo uolieną, kuri užsilaiko ant jo menčių. Dėl konstrukcijos specifikos sraigtu neįmanoma visiškai išvalyti dugno nuo atmatų. Todėl jis dažniausiai naudojamas viršutiniams sluoksniams pergręžti.

Gręžimas naudojant sraigtą – greitas ir nebrangus būdas, nereikalaujantis plovimo skysčio talpyklos

Gręžimas naudojant sraigtą nereikalauja didelių pastangų ir finansinių išlaidų, todėl šio metodo taikymo sritis yra gana plati: geologiniai žvalgybiniai gręžiniai, komunikacijų tiesimas, sraigtinių gręžinių įrengimas ir iš dalies gręžimas vandeniui.

Jis dabar aktyviai naudojamas abisininių šulinių įrengimui, kad nereikėtų visiškai įkalti adatinio gręžinio į tankų gruntą, o tik šiek tiek palengvinti vamzdžio panardinimą į iš anksto sutrupintą uolieną.

Metodas tinka vandeningųjų gręžinių, iki 30 m gylio, sukūrimui minkštuose ir puriuose gruntuose bei iki 20 m vidutinio tankumo gruntuose. Po sraigtinio gręžimo ir apvalkalo sumontavimo, gręžinio kamienas būtinai išvalomas želionka nuo neišgautos uolienos.

Sraigtas kategoriškai netinka darbui uolienose! Jis naudojamas daliniam gręžinių iki 120 m pragręžimui, o šis metodas derinamas su kitais: rotoriniu, smūginiu lyniniu, koloniniu.

Panaudota įranga ir įrankiai

Sraigtinis gręžimas atliekamas gręžimo įrenginiu, kurio pagrindinis elementas yra varžtinio tipo gręžimo įrankis, pagamintas iš aukšto stiprumo metalo. Gręžimo kolona, gilėjant, prailginama vienodo dydžio sraigtais.

Komplekte kartais naudojami mentiniai grąžtai, reikalingi purioms uolienoms praeiti, taip pat grąžtai su apvaliomis arba kūginėmis galvutėmis, naudojami kietoms uolienoms pragręžti.

Gręžimo įrenginys ant automobilio, aprūpinto galingu varikliu – optimalus variantas gręžimui sunkiai prieinamose ir atokesnėse vietose.

Dauguma šiuolaikinių gręžimo įrenginių yra su tuščiaviduriais antgaliais, turinčiais atbulinius užraktus, kurie neleidžia įrankiui judėti atgal.

Sraigto pjovimo dalys gręžimo metu aušinamos grunto pagalba, o išgręžta uoliena kyla aukštyn spirale. Tai leidžia gręžti be sustojimų, žymiai sumažinant laiko ir energijos sąnaudas vandeningojo gręžinio sukūrimui.

Sraigtinio gręžimo technologija

Atlikus gręžimą, kurio gylis yra 1,5–2,0 m, sraigtas ištraukiamas, o į šulinį įstatomi gaubtiniai vamzdžiai. Vandens paėmimo šulinio, išgręžto sraigtu, skersmuo yra 50–200 mm ir priklauso nuo naudojamo įrankio dydžio.

Šulinio sienelių griūtį apsaugo gaubtiniai vamzdžiai. Tai ypač svarbu puriems nerišliems gruntams, todėl gręžėjai laikosi taisyklės: gręžiant priesmėliuose ir priemolyje naudoti sraigtus, kurių mentės išdėstytos 30–60º kampu, o gręžiant tankios sudėties smėlius – įrankį su mentėmis 90º kampu.

Esant mažesniam sraigtinės spiralės vijų nuolydžiui, sraigtas į paviršių iškelia daugiau nerišlaus atlaisvinto grunto.

Sraigtinis gręžimas nereikalauja naudoti plovimo skysčio, o gruntas, išardytas kaltu, iškeliamas į paviršių ant įrankio menčių.

Sraigto naudojimo privalumai ir trūkumai

Sraigtinis gręžimo metodas leidžia įrengti šulinį maksimaliai greitai, jei sraigto dydis ir kalto pasvirimo kampas buvo parinkti teisingai.

Prie sraigtinio gręžimo privalumų priskiriama:

• gruntas iškeliamas į paviršių iškart gręžimo metu;
• didelis gilinimosi į gruntą greitis be technologinių sustojimų;
• nereikia plauti šulinio kamieno;
• kompaktišku sraigtiniu įrenginiu arba rankiniu sraigtu galima gręžti namo viduje (rūsyje);
• nereikia kelti į paviršių pirmosios grandies ir ardyti/surinkti gręžimo koloną kaip kolonkinio metodo metu.

Pagrindiniu sraigtinio gręžimo trūkumu galima laikyti negalėjimą dirbti biriuose ir labai kietuose gruntuose, tačiau tuo pačiu metu sraigtas yra idealus įrankis gręžiant priemolio, mišriuose (molis ir priesmėlis) ir minkštuose molinguose gruntuose.

Dar vienas trūkumas, ribojantis sraigto naudojimą vandeningųjų šulinių įrengimui – poreikis taikyti smūginį-virvinį metodą kamienui valyti nuo išgriautos uolienos.

Sraigto panašumas – gyvatvynis plačiai naudojamas rankiniame gręžime. Jis taip pat ardo uolieną ir mentėmis ją sugeria, kad ištrauktų į viršų.

Rotacinio gręžimo charakteristika

Rotorinis gręžimas – tai sukamojo-vibracinio gręžimo metodas, kai gruntas ardomas naudojant kaltą, kurį šulinio dugne judina gręžimo įrenginio rotorius. Rotorius sukasi nuo automobilio variklio arba atskirai sumontuoto elektros variklio per varantįjį veleną.

Išardytas gruntas išplaunamas iš šulinio šachtos tiesioginio arba atvirkštinio plovimo metodu. Plovimo tirpalas gali būti tiekiamas tiek savitėkiniu būdu, tiek siurblio stotimi.

Dauguma artezinių gręžinių gręžiami naudojant rotacinį gręžimo metodą: naudojant gręžimo antgalį, kurį sukioja rotorius, po to išplaunamas gręžinys ir tvirtinami apvalkaliniai vamzdžiai.

Rotacinis gręžimas naudojamas uolienų ir pusiau uolienų gruntų plėtrai, įrengiant gilius gręžinius iki 150 m. Rotacinė gręžimo įranga su tinkamai parinktu antgaliu ir sunkiasvoriais gręžimo vamzdžiais puikiai susidoroja su uolienomis.

Gręžimo specialistai rekomenduoja naudoti šį gręžimo metodą, jei laikomasi šių sąlygų:

1. Hidrogeologinis sklypo pjūvis yra pakankamai ištirtas. Yra žinoma, kad bus gręžiama uolienos. Yra žinomas vandeningosios zonos slūgsojimo lygis pamatinėse uolienose.
2. Požeminis vanduo pasižymi arteziniams šuliniams būdingu spaudimu
3. Yra galimybė nepertraukiamai tiekti techninį vandenį šulinio plovimui.

Pietiniuose rajonuose rotacinį gręžimą galima atlikti ištisus metus, o šiauriniame klimate šio metodo naudojimas yra ribotas dėl galimo plovimo skysčio užšalimo.

Taikoma įranga ir įrankiai

Rotacinis vandeningų gręžinių gręžimas atliekamas naudojant rėminį arba grotelinį bokštą, ant kurio yra kėlimo įranga ir kiti gręžimo įrenginio elementai. Bokštas leidžia pakelti ir nuleisti į gręžinį gręžimo kolonas.

Rotacinio tipo gręžimo įrenginį sudaro:

• rėminis arba grotelinis bokštas;
• variklis su pavara;
• rotorius ir gręžimo kolona;
• siurbimo įranga ir plovimo skysčio valymo sistema;
• kėlimo įranga, slėgio magistralė, svyruoklis, sandarikliai ir kt.

Savaeigiuose įrenginiuose kaip variklis naudojamas automobilio vidaus degimo variklis, ant kurio pagrindo yra sumontuotas gręžimo kompleksas. Šiuo atveju variklio galia reguliuoja gręžimo įrankio apsukas.

Kaip energijos šaltinis rotacinei gręžimo įrangai gali būti naudojamas stacionarus arba mobilus elektros variklis, automobilio vidaus degimo variklis, generatoriai

Rotatorius, naudodamas krumpliaratinį mechanizmą, perduoda sukimąsi varančiajam vamzdžiui, kuris savo ruožtu perduoda jį pagrindiniam gręžimo įrankiui – antgaliui. Antgalis gali būti įvairių formų ir pagamintas iš itin tvirtų medžiagų: kompozitų, plieno su deimantine danga ir kt.

Kiekvienam grunto tipui parenkamas specialus antgalio dydis ir forma, taip užtikrinant didelį efektyvumą ir gręžimo greitį.

Rotacinės technologijos savitumas

Rotacinis vandens gręžinių gręžimas atliekamas trimis etapais:

1. Uolienos ardymas naudojant kaltą.
2. Suardytos uolienos išnešimas į paviršių įpurškiamo vandens srove.
3. Gręžinio sienelių sutvirtinimas korpusiniais vamzdžiais.

Suardyto grunto išnešimas atliekamas atbuliniu arba tiesioginiu plovimu. Plovimo būdo pasirinkimas priklauso nuo konkrečių sąlygų: gręžinio gylio, grunto tipo, reikiamo plovimo vandens kiekio.

Paprastai privačiuose ūkiuose naudojama tiesioginio plovimo gręžimo technologija, kuri apima šiuos etapus:

• didžiojo skersmens kaltų įgilinus į gruntą;
• kalto sukimas veikiant rotoriui;
• gręžimo vamzdžių montavimas ir sunkiųjų vamzdžių įrengimas tarp jų ir kalto;
• panaudoto grunto pašalinimas skysčio slėgiu naudojant siurblį;
• korpusinio vamzdžio montavimas, kad būtų išvengta grunto byrėjimo gręžinio viduje;
• gręžimas mažesnio skersmens kaltu ir viso ciklo pakartojimas.

Atbulinio plovimo metu gruntas išnešamas iš gręžinio per gręžimo kolonos vamzdžius, o plovimo skystis pilamas tarp gręžinio sienelių ir vamzdžių.

Vanduo savaime teka į iš anksto paruoštą rezervuarą, kur jis valomas nuo grunto ir dumblo, ir grįžta į gręžimo koloną naujai panaudotos uolienos porcijai.

Kai kuriais atvejais atliekant rotacinį gręžimą naudojamas ne tiesioginis ar atbulinis plovimas, o oro pūtimas slėgiu, sukuriamu kompresoriumi

Rotacinio gręžimo privalumai ir trūkumai

Pagrindinis rotacinio metodo privalumas yra galimybė gręžti gilius gręžinius vandeniui imti iš suskilusio klinties akmens.

Be to, šis gręžimo metodas turi šiuos privalumus:

• aukšta vandeningo sluoksnio atidengimo kokybė pamatinėse uolienose;
• galimybė įrengti didelio skersmens (iki 200 cm) gręžinį;
• didelis gręžimo greitis, mažos energijos sąnaudos.

Reikšmingu rotacinio gręžimo trūkumu galima laikyti būtinybę organizuoti gręžinio plovimą.

Kokį gręžimo būdą pasirinkti?

Visi aptarti mechaninio gręžimo būdai plačiai naudojami vandeningųjų gręžinių įrengimui.

Apibendrinant galima teigti, kad:

1. Koloninį gręžimą tikslinga naudoti plastiškuose molio gruntuose. Koloninis metodas tinka daugumos vandens paėmimo iškasų įrengimui, prireikus naudojamas kartu su smūginiu lyniniu gręžimu.
2. Sraigtinis gręžimas pagal taikymo sritį panašus į koloninį metodą. Jis skiriasi prastu kamieno valymu, todėl būtina naudoti želionką arba ilgalaikį gręžinio plovimą prieš eksploataciją.
3. Rotacinis gręžimas – optimalus variantas pramušti gręžinių kamienus uolieniniuose gruntuose.

Gręžinio įrengimo kaina naudojant vieną ar kitą gręžimo metodą labai priklauso nuo naudojamos įrangos ir nuo praeitų uolienų kategorijų pagal gręžiamumą.

Teisingai pasirinktas gręžimo būdas padės ne tik sumažinti laiko sąnaudas gręžimui, bet ir leis ateityje eksploatuoti vandens šaltinį be problemų.

Apie tai, kaip pasidaryti gręžimo stakles savo rankomis, galite paskaityti kitame populiariame straipsnyje mūsų svetainėje.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Video #1. Klasikinio koloninio gręžimo principo demonstravimas su kerno išėmimu vandens slėgiu:

Video #2. Gręžinio gręžimo sraigtu ypatumai:

Video #3. Koloninis gręžinio gręžimas su gręžinio dugno plovimu ir dvigubo apvalkalo įrengimu, kurio išorinė dalis pagaminta iš plieninių vamzdžių, o vidinė - iš polimerinių:

Vandeningo gręžinio gręžimas – daug darbo reikalaujantis procesas. Nuo pasirinkto gręžimo metodo teisingumo priklauso ne tik autonominio vandens šaltinio įrengimo greitis, bet ir finansinės išlaidos.

Pirmas dalykas, į kurį reikia atkreipti dėmesį renkantis gręžimo metodą, yra grunto tipas ir vandeningo sluoksnio gylis. Remdamiesi šiais parametrais, galėsite pasirinkti optimalų variantą, kuris leis greitai ir nebrangiai išgręžti gręžinį.

Norite pasidalinti savo sklype gręžinio gręžimo istorija ar naudinga informacija straipsnio tema? Prašome palikti komentarus žemiau esančiame bloke. Čia taip pat galite užduoti klausimą arba nurodyti prieštaringus teksto aspektus.